気孔の青色光情報伝達の遺伝学的・生化学的解析

• Project Area: Environmental sensing of plants: Signal perception, processing and cellular responses
• Project/Area Number: 23120521
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 武宮 淳史 九州大学, 大学院理学研究院, 助教 (80448406)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000); Fiscal Year 2012: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2011: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: シグナル伝達 / 青色光 / プロテオーム / 遺伝学 / 気孔 / フォトトロピン / H+-ATPas / 赤外線サーモグラフィ / PP1

Outline of Annual Research Achievements

1. 昨年度に引き続き、赤外線サーモグラフィを用いて青色光による気孔開口に異常のあるシロイヌナズナ変異体の探索を行い、これまでに1次スクリーニングとして約10万個体のEMS処理株と10万個体のT-DNA挿入株の測定が終了し、目標としていた20万個体の測定が完了した。葉面温度変化に異常が見られた個体に関しては、2次スクリーニングとして次世代の植物における再現性の確認、3次スクリーニングとして表皮および生葉における気孔開度測定、4次スクリーニングとして細胞膜H+-ATPaseの活性化の測定を行い、変異体の絞り込みを行った。
2. blue light signaling1（blus1）は昨年度、上記スクリーニングにより単離された変異体であり、フォトトロピンとH+-ATPase間の情報伝達を完全に欠いている。本年度はマッピングにより原因遺伝子の同定を進めたところ、BLUS1は孔辺細胞特異的に発現する新奇のプロテインキナーゼをコードしていることが分かった。次にBLUS1がフォトトロピンからの情報を下流へと伝達する分子機構について研究を進め、BLUS1のC末端のSer残基が青色光に依存して特異的にリン酸化されることを見出した。そこで同定されたSerをAlaに置換したBLUS1をblus1変異体に導入し、リン酸化の役割について調べた。その結果、野生型BLUS1を導入した形質転換体では気孔開口は回復するが、変異型BLUS1では回復せず、BLUS1の青色光によるリン酸化は気孔開口に必須のメカニズムであることが示唆された。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Identification of a regulatory subunit of protein phosphatase 1 which mediates blue light signaling for stomatal opening (2013)
  • Author(s): Takemiya A, Yamauchi S, Yano T, Ariyoshi C and Shimazaki K
  • Journal Title: Plant Cell Physiol. Volume: 54 Issue: 1 Pages: 24-35
  • DOI: 10.1093/pcp/pcs073
  • NAID: 10031145647
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Role of RPT2 in leaf positioning and flattening and a possible inhibition of phot2 signaling by phot1 (2013)
  • Author(s): Harada A, Takemiya A, Inoue S, Sakai T and Shimazaki K
  • Journal Title: Plant Cell Physiol. Volume: 54 Issue: 1 Pages: 36-47
  • DOI: 10.1093/pcp/pcs094
  • NAID: 10031145648
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Disruption of ROOT PHOTOTROPISM2 gene does not affect phototropin-mediated stomatal opening (2013)
  • Author(s): Tsutsumi T, Takemiya A, Harada A and Shimazaki K
  • Journal Title: Plant Science Volume: 201 Pages: 93-97
  • DOI: 10.1016/j.plantsci.2012.11.012
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Identification and characterization of Atl-2, an Arabidopsis homologue of an ancient protein phosphatase 1(PP1) regulatory subunit (2011)
  • Author(s): Templeton GW., et al
  • Journal Title: Biochem J Volume: 435 Issue: 1 Pages: 73-83
  • DOI: 10.1042/bj20101035
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Phosphorylation of a novel protein kinase BLUS1 is essential for stomatal opening in response to blue light (2013)
  • Author(s): Takemiya, A.
  • Organizer: International Workshop on Plant Membrane Biology 2013
  • Place of Presentation: 倉敷市芸文館
  • Year and Date: 2013-03-26
• [Presentation] Searching for mutants that exhibit stomatal opening through the H+-ATPase activation by thermography from Arabidopsis (2013)
  • Author(s): Tsutsumi, T.
  • Organizer: International Workshop on Plant Membrane Biology 2013
  • Place of Presentation: 倉敷市芸文館
  • Year and Date: 2013-03-26
• [Presentation] Investigation of new signaling components involved in blue light-dependent stomatal opening (2013)
  • Author(s): Yamauchi, S.
  • Organizer: International Workshop on Plant Membrane Biology 2013
  • Place of Presentation: 倉敷市芸文館
  • Year and Date: 2013-03-26
• [Presentation] Light-induced stomatal movement and signaling (2013)
  • Author(s): Shimazaki, K.
  • Organizer: International Workshop on Plant Membrane Biology 2013
  • Place of Presentation: 倉敷市芸文館
  • Year and Date: 2013-03-26
  • Invited
• [Presentation] 赤外線サーモグラフィを用いた孔辺細胞青色光情報伝達系の情報伝達因子の探索 (2013)
  • Author(s): 山内翔太
  • Organizer: 第54回日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 岡山大学
  • Year and Date: 2013-03-21
• [Presentation] 青色光によるBLUS1のリン酸化は気孔開口に必須である (2013)
  • Author(s): 武宮淳史
  • Organizer: 第54回日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 岡山大学
  • Year and Date: 2013-03-21
• [Presentation] 青色光受容体フォトトロピンに依存した細胞膜シンタキシンのリン酸化 (2013)
  • Author(s): 井上晋一郎
  • Organizer: 第54回日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 岡山大学
  • Year and Date: 2013-03-21
• [Presentation] RPT2はphot1による葉の定位と平滑化に関与している (2013)
  • Author(s): 原田明子
  • Organizer: 第54回日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 岡山大学
  • Year and Date: 2013-03-21
• [Presentation] 赤外線サーモグラフィを用いた孔辺細胞青色光情報伝達系の情報伝達因子の探索 (2012)
  • Author(s): 山内翔太
  • Organizer: 日本植物学会第76回大会
  • Place of Presentation: 兵庫県立大学
  • Year and Date: 2012-09-15
• [Presentation] A novel protein kinase BLUS1 is essential for stomatal opening in response to blue light (2012)
  • Author(s): Takemiya, A.
  • Organizer: 29th New Phytologist Symposium Stomata 2012
  • Place of Presentation: Manchester, UK
  • Year and Date: 2012-07-02
• [Presentation] ROOT PHOTOTROPISM2 (RPT2) is not involved in phototropin-mediated stomatal opening (2012)
  • Author(s): Tsutsumi, T.
  • Organizer: 29th New Phytologist Symposium Stomata 2012
  • Place of Presentation: Manchester, UK
  • Year and Date: 2012-07-02
• [Presentation] Signaling in stomatal guard cells in response to blue light (2012)
  • Author(s): Shimazaki, K.
  • Organizer: 29th New Phytologist Symposium Stomata 2012
  • Place of Presentation: Manchester, UK
  • Year and Date: 2012-07-02
  • Invited
• [Presentation] 赤外線サーモグラフィによる気孔の青色光シグナル伝達因子の探索 (2012)
  • Author(s): 武宮淳史、藤本宏、島崎研一郎
  • Organizer: 第53回日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 京都産業大学(京都)
• [Presentation] 青色光によらず暗所下で気孔が開口するシロイヌナズナ突然変異体の探索 (2012)
  • Author(s): 堤俊文、武宮淳史、島崎研一郎
  • Organizer: 第53回日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 京都産業大学(京都)
• [Presentation] Screening of Arabidopsis mutants deficient in blue light-dependent stomatal opening by infrared thermography (2012)
  • Author(s): Takemiya, A., Fujimoto, H., Tsutsumi, T., Yamauchi, S., Shimazaki, K.
  • Organizer: The 1^<st> international symposium on plant environmental sensing
  • Place of Presentation: 東大寺文化センター(奈良)
• [Presentation] Isolation of Arabidopsis mutants that exhibit blue light-independent stomatal opening under the dark by thermography (2012)
  • Author(s): Tsutsumi, T., Takemiya, A., Shimazaki, K.
  • Organizer: The 1^<st> international symposium on plant environmental sensing
  • Place of Presentation: 東大寺文化センター(奈良)
• [Presentation] Light regulation of stomatal opening and its inhibition by abscisic acid (2012)
  • Author(s): Shimazaki, K., Takahashi, Y., Takemiya, A.
  • Organizer: The 1^<st> international symposium on plant environmental sensing
  • Place of Presentation: 東大寺文化センター(奈良)(招待講演)
• [Presentation] ARABIDOPSIS PP1 REGULATORY SUBUNIT 2, PRS2, MEDIATES BLUE LIGHT SIGNALING FOR STOMATAL OPENING (2011)
  • Author(s): Takemiya, A., Yamauchi, S., Yano, T., Ariyoshi, C, Shimazaki, K.
  • Organizer: 12th International Symposium on Plant Protein Phosphorylation
  • Place of Presentation: Tuebingen, Germany
• [Presentation] シロイヌナズナ孔辺細胞青色光シグナル伝達におけるタイプ1プロテインフォスファターゼの機能解析 (2011)
  • Author(s): 山内翔太、武宮淳史、島崎研一郎
  • Organizer: 日本植物学会九州支部第62回大会
  • Place of Presentation: 長崎大学(長崎)
• [Presentation] 孔辺細胞青色光情報伝達におけるPP1調節サブユニットPRS2の機能解析 (2011)
  • Author(s): 武宮淳史、山内翔太、矢野貴之、有吉千絵、島崎研一郎
  • Organizer: 日本植物学会第75回大会
  • Place of Presentation: 東京大学(東京)
• [Presentation] Protein phosphatase 1 (PP1)はシロイヌナズナ孔辺細胞青色光情報伝達においてphot1とphot2両方の情報伝達に関与する (2011)
  • Author(s): 山内翔太、武宮淳史、島崎研一郎
  • Organizer: 日本植物学会第75回大会
  • Place of Presentation: 東京大学(東京)
• [Presentation] シロイヌナズナの青色光に応答した気孔開口におけるRPT2の機能解析 (2011)
  • Author(s): 堤俊文、武宮淳史、原田明子、島崎研一郎
  • Organizer: 日本植物学会第75回大会
  • Place of Presentation: 東京大学(東京)
• [Remarks]
  • URL: http://cellbio.biology.kyushu-u.ac.jp/shimazaki/