高二酸化炭素環境下における二酸化炭素透過性アクアポリンの活性制御

• Project Area: Comprehensive studies of plant responses to high CO2 world by an innovative consortium of ecologists and molecular biologists
• Project/Area Number: 24114709
• 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: Okayama University
• Principal Investigator: 森 泉 岡山大学, その他部局等, 助教 (40379805)
• Project Period (FY): 2012-06-28 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥10,790,000 (Direct Cost: ¥8,300,000、Indirect Cost: ¥2,490,000); Fiscal Year 2013: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2012: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
• Keywords: 光合成 / 二酸化炭素 / 葉肉抵抗 / アクアポリン / 気孔

Research Abstract

アクアポリンは水などの非イオン性極性低分子の生体膜透過性を司るチャネルタンパク質であり，CO2を透過する分子も存在する．アクアポリン遺伝子はひとつの植物ゲノム上に３０以上あるが，CO2を透過する分子種は未だ不明だった．本研究では，アクアポリンのCO2透過性および非透過性分子種を同定するとともに，CO2透過性に関わるアミノ酸のひとつを同定した．
本研究以前は，PIP1型アクアポリンが主にCO2を透過するとされていたが，昨年度の本研究によりPIP2型アクアポリンに二酸化炭素透過性の高い分子が多数存在することを発見していた．本年度はさらにオオムギの二酸化炭素透過性を詳細に解析した結果，PIP2;1, PIP2;2, PIP2;3, PIIP2;5はCO2を透過し，PIP2;4はCO2を透過しないことが確定した．PIP2;3とPIP2;4はアミノ酸がわずかに６つ異なることから，相互にアミノ酸置換を行うことでCO2透過性の差異に関わるアミノ酸を決定した．PIP2;3の254番目のイソロイシン残基がPIP2;4のようにメチオニンに変わるとCO2透過性を喪失するが，水透過性には違いが見られなかった．この研究はアクアポリンのCO2透過性の分子構造的機構を明らかにした世界初の例である．

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] CO2 Transport by PIP2 Aquaporins of Barley (2014)
  • Author(s): Mori, I.C., Rhee, J., Shibasaka, M., Sasano, S., Kaneko, T., Horie, T., Katsuhara, M.
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 55 Issue: 2 Pages: 251-257
  • DOI: 10.1093/pcp/pcu003
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] FOCUS ISSUE ON CALCIUM SIGNALING : Difference in Abscisic Acid Perception Mechanisms between Closure Induction and Opening Inhibition of Stomata (2013)
  • Author(s): Ye Yin, Yuji Adachi, Wenxiu Ye, Maki Hayashi, Yoshimasa Nakamura, Toshinori Kinoshita, Izumi C. Mori and Yoshiyuki Murata
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: 163 Issue: 2 Pages: 600-610
  • DOI: 10.1104/pp.113.223826
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Catalases negatively regulate methyl jasmonate signaling in guard cells. (2012)
  • Author(s): Jannat R
  • Journal Title: J Plant Physiol Volume: 169 Issue: 10 Pages: 1012-1016
  • DOI: 10.1016/j.jplph.2012.03.006
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cooperative function of PLDδ and PLDα1 in abscisic acid-induced stomatal closure in Arabidopsis. (2012)
  • Author(s): Uraji M
  • Journal Title: Plant Physiol Volume: 159 Issue: 1 Pages: 450-460
  • DOI: 10.1104/pp.112.195578
  • Peer Reviewed
• [Presentation] CO2 Transport by PIP2 Aquaporins of Barley (2014)
  • Author(s): Mori, I.C., Rhee, J., Shibasaka, M., Sasano, S., Kaneko, T., Horie, T., Katsuhara, M.
  • Organizer: 日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 富山
  • Invited
• [Presentation] CO2 Transport by PIP2 Aquaporins of Barley (2014)
  • Author(s): Mori, I.C., Rhee, J., Shibasaka, M., Sasano, S., Kaneko, T., Horie, T., Katsuhara, M.
  • Organizer: Plant Biology 2014, American Society of Plant Biologists
  • Place of Presentation: ポートランド，OR，アメリカ合衆国
• [Presentation] 水輸送とCO2輸送の分子基盤：アクアポリン (2013)
  • Author(s): 且原真木，堀江智明，金子智之，森泉，柴坂三根夫
  • Organizer: 日本植物学会
  • Place of Presentation: 札幌