ユビキチン修飾による膜交通と葉緑体形成制御機構の解明

• Project Area: New aspect of the ubiquitin system : its enormous roles in protein regulation
• Project/Area Number: 25112501
• 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: Hokkaido University
• Principal Investigator: 山口 淳二 北海道大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (10183120)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000); Fiscal Year 2014: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2013: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: ユビキチンリガーゼ / 植物免疫 / 膜交通 / 葉緑体 / 植物

Outline of Annual Research Achievements

本研究では「ユビキチン修飾による膜交通と葉緑体形成制御機構の解明」を目指し，3研究課題に取組んでいる。H26年度は以下のような成果を得た。
本年度の研究実施計画
計画２）ユビキチン修飾による膜交通-植物免疫制御機構の解析：　ATL31と相互作用するSNAREタンパク質SYP121は，植物の病害抵抗性と深いかかわりを持つ。糸状菌であるうどん粉病菌を植物に感染させると，SYP121欠損変異植物syp121-1では野生型（WT）と較べて抵抗性が劇的に減少するのに対し，ATL31過剰発現植物ATL31oxでは，抵抗性が上昇する。この抵抗性には，パピラという細胞壁の肥厚化が関与している。パピラは，カロース等の細胞壁成分がゴルジ体からの小胞輸送により感染箇所に分泌されることで形成される。解析の結果，i) 膜局在型ATL31によるSNAREタンパク質のユビキチン化→ii) パピラ形成部位の決定→iii) 細胞壁の肥厚化（パピラ形成）→iv) 病原体抵抗性の亢進，という一連の膜交通-植物免疫シグナル伝達制御反応に関する仮説を証明し，論文発表した（Plant Physiol. 2014）。
計画３）ユビキチン修飾による葉緑体形成制御機構の解析:　植物プロテアソームと相互作用するタンパク質のプロテオーム解析により，複数の葉緑体局体タンパク質が同定された。詳細な研究解析の結果，i) プロテアソームサブユニットRPT2aは，複数の葉緑体タンパク質移行トランジットペプチド（以下cTP）と相互作用すること，また，ii) LTA2のような葉緑体タンパク質は，ユビキチンリガーゼAtCHIPと相互作用すること，等を証明し，論文発表した（J. Proteome Res, 2014）。これにより，ユビキチン修飾による新たな制御機構-タンパク質のオルガネラ移行制御-の可能性を示唆した。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] ABI1 regulates carbon/nitrogen-nutrient signal transduction independent of ABA biosynthesis and canonical ABA signalling pathways in Arabidopsis (2015)
  • Author(s): Lu, Y. et al.
  • Journal Title: Journal of Experimental Botany Volume: 66 Issue: 9 Pages: 2763-2771
  • DOI: 10.1093/jxb/erv086
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The <i>Arabidopsis</i> ubiquitin ligase <i>ATL31</i> is transcriptionally controlled by WRKY33 transcription factor in response to pathogen attack (2015)
  • Author(s): Huarancca Reyes T, Maekawa S, Sato T, Yamaguchi J
  • Journal Title: Plant Biotechnology Volume: 32 Issue: 1 Pages: 11-19
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.14.1201b
  • NAID: 130005061605
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Pale-green phenotype of atl31 atl6 double mutant leaves is caused by disruption of 5-aminolevulinic acid biosynthesis in Arabidopsis thaliana (2015)
  • Author(s): Maekawa S, Takabayashi A, Huarancca Reyes T, Yamamoto H, Tanaka A, Sato T and Yamaguchi J
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 10 Issue: 2 Pages: 1-14
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0117662
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Phosphorylation of Arabidopsis ubiquitin ligase ATL31 is critical for plant C/N-nutrient response under control of 14-3-3 stability (2014)
  • Author(s): Yasuda S, Sato T, Maekawa S, Aoyama S, Fukao Y, Yamaguchi J
  • Journal Title: J. Biol. Chem. online before publication Volume: (印刷中) Issue: 22 Pages: 15179-15193
  • DOI: 10.1074/jbc.m113.533133
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Ubiquitin ligase ATL31 functions in leaf senescence in response to the balance between atmospheric CO_2 and nitrogen availability in Arabidopsis (2014)
  • Author(s): Aoyama S, Huarancca Reyes T, Guglielminetti L, Yu L, Morita Y, Sato T, Yamaguchi J
  • Journal Title: Plant Cell Physiol Volume: 55 Issue: 2 Pages: 293-305
  • DOI: 10.1093/pcp/pcu002
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Regulation of senescence under elevated atmospheric CO2 via ubiquitin modification (2014)
  • Author(s): Aoyama S, Lu Y, Yamaguchi J, Sato T
  • Journal Title: Plant Signaling Behavior Volume: 9 Issue: 5 Pages: e28839-e28839
  • DOI: 10.4161/psb.28839
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The carbon/nitrogen regulator ATL31 controls papilla formation in response to powdery mildew fungi penetration by interacting with SYP121 in Arabidopsis (2014)
  • Author(s): Maekawa S, Inada N, Yasuda S, Fukao Y, Fujiwara M, Sato T, Yamaguchi J
  • Journal Title: Plant Physiol Volume: 164 Issue: 2 Pages: 879-887
  • DOI: 10.1104/pp.113.230995
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Proteomic analysis of 26S proteasome reveals direct interaction with transit peptides of plastid protein precursors for degradation. (2014)
  • Author(s): Sako K, Yanagawa Y, Kanai T, Sato T, Seki M, Fujiwara M, Fukao Y, Yamaguchi J
  • Journal Title: Journal of Proteome Research Volume: 13 Issue: 7 Pages: 3223-3230
  • DOI: 10.1021/pr401245g
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Arabidopsis transcriptional repressor ERF9 participates in resistance against necrotrophic fungi (2013)
  • Author(s): Maruyama Y, Yamoto N, Suzuki Y, Chiba Y, Yamazaki K, Sato T, Yamaguchi J
  • Journal Title: Plant Sci Volume: 213 Pages: 79-87
  • DOI: 10.1016/j.plantsci.2013.08.008
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Proteomics analysis reveals a highly heterogenous proteasome composition and the post-translational regulation of peptidase activity under pathogen signaling in plants (2013)
  • Author(s): Sun HH, Fukao Y, Ishida S, Yamamoto H, Maekawa S, Fujiwara M, Sato T, Yamaguchi J
  • Journal Title: J. Proteome Res Volume: 12 Issue: 11 Pages: 5084-5095
  • DOI: 10.1021/pr400630w
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Changes in mRNA stability associated with cold stress in Arabidopsis cells (2013)
  • Author(s): Chiba Y, Mineta K, Hirai MY, Suzuki S, Kanaya S, Takahashi H, Onouchi H, Yamaguchi J, Naito S
  • Journal Title: Plant Cell Physiol Volume: 54 Issue: 2 Pages: 180-194
  • DOI: 10.1093/pcp/pcs164
  • NAID: 10031145661
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Remarks] 形態機能学講座IIaのホームページ
  • URL: http://www.sci.hokudai.ac.jp/CSF2-web/
• [Patent(Industrial Property Rights)] 不定根形成促進剤及び根系発達促進剤 (2014)
  • Inventor(s): 山口淳二，眞木祐子，副島洋，綿引雅昭，佐藤長緒
  • Industrial Property Rights Holder: 山口淳二，眞木祐子，副島洋，綿引雅昭，佐藤長緒
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2014-08-25