核酸塩基代謝の多機能性とストレス適応戦略における代謝中間体の役割解明

• Project Area: Integrated analysis of strategies for plant survival and growth in response to global environmental changes
• Project/Area Number: 25119717
• 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: Hiroshima University
• Principal Investigator: 坂本 敦 広島大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (60270477)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000); Fiscal Year 2014: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2013: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: アブシジン酸 / アラントイン / プリン代謝 / ストレス応答 / 活性代謝中間体 / 多機能代謝 / 代謝中間体

Outline of Annual Research Achievements

植物が獲得した多様で巧妙な物質代謝系は独立栄養の基盤であるだけでなく，自律的な移動能力の欠如を補償する生存戦略の要でもある。これまでに，窒素リサイクル代謝の一環と理解されてきた核酸塩基（プリン環）の分解が，乾燥等のストレスへの適応にも関与すること，また，その代謝中間体アラントインがアブシジン酸（ABA）生成を亢進する生理活性を有し，シロイヌナズナのストレス耐性を高めることを示した。本年度も昨年度に引き続き以下の３項目を中心に研究を進め，以下の知見を得た。
１．アラントインによる ABA生成亢進の作用機序：ABA生成を亢進するアラントインのプライマリーな作用点が，ABA配糖体の分解を触媒するBG1を介したABA再生系にあることを遺伝学的に示した。即ち，アラントインを恒常的に蓄積するシロイヌナズナaln株とBG1のノックアウト株の二重突然変異株を作出し，本株がABAレベルの亢進やABA応答などアラントインの蓄積に誘導されるaln株の変異表現型をほぼ喪失することを明らかにした。
２．アラントインに非応答な変異体の単離：アラントインの投与に対して強く応答するシロイヌナズナ遺伝子プロモーターの発現制御下でレポーターを発現する形質転換株を作出し，これを親株としてアラントインに非応答な変異体の取得を目指したが，その単離には至らなかった。
３．アラントインの代謝操作によるストレス耐性の改変：プリン分解の窒素リサイクル機能を損なうことなくシロイヌナズナのストレス耐性を高める手段として，ストレス誘導的にアラントインを蓄積する形質転換体を作出し，本株が乾燥に対して野生株やaln株よりも高い耐性を獲得していることを明らかにした。

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] In vitro and in vivo evidence for oxalate oxidase activity of a germin-like protein from azalea (2015)
  • Author(s): Atsushi SAKAMOTO, Takashi NISHIMURA, Yoh-ichi MIYAKI, Shunsuke WATANABE, Hiroshi TAKAGI, Shunsuke IZUMI, Hiroshi SHIMADA
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 458 Issue: 3 Pages: 536-542
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2015.02.002
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The purine metabolite allantoin enhances abiotic stress tolerance through synergistic activation of abscisic acid metabolism (2014)
  • Author(s): Shunsuke WATANABE, Mayumi MATSUMOTO, Yuki HAKOMORI, Hiroshi TAKAGI, Hiroshi SHIMADA, Atsushi SAKAMOTO
  • Journal Title: Plant, Cell & Environment Volume: 37 Issue: 4 Pages: 1022-1036
  • DOI: 10.1111/pce.12218
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Arabidopsis <i>xanthine dehydrogenase</i> mutants defective in purine degradation show a compromised protective response to drought and oxidative stress (2014)
  • Author(s): S. Watanabe, Y. Kounosu, H. Shimada, A. Sakamoto
  • Journal Title: Plant Biotechnology Volume: 31 Issue: 2 Pages: 173-178
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.14.0117a
  • NAID: 130003391372
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Nitrogen dioxide regulates organ growth by controlling cell proliferation and enlargement in Arabidopsis (2013)
  • Author(s): Takahashi, M., Furuhashi, T., Ishikawa, N., Horiguchi, G., Sakamoto, A., Tsukaya, H., Moikawa, H.
  • Journal Title: New Phytol. Volume: 201 Issue: 4 Pages: 1304-1315
  • DOI: 10.1111/nph.12609
  • Peer Reviewed
• [Presentation] シロイヌナズナのストレス応答におけるプリン分解中間体の代謝シグナル作用の検証 (2015)
  • Author(s): 渡邊俊介，木下大地，HAN YiPing，島田裕士，坂本 敦
  • Organizer: 第56回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 東京農業大学（東京都）
  • Year and Date: 2015-03-16
• [Presentation] シロイヌナズナの窒素再利用機構におけるプリン分解の役割検証 (2015)
  • Author(s): 高木 紘，渡邊俊介，田中翔馬，島田裕士，坂本 敦
  • Organizer: 第56回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 東京農業大学（東京都）
  • Year and Date: 2015-03-16
• [Presentation] 代謝シグナルとしてのアラントインの検証とその利用によるストレス耐性の改変 (2014)
  • Author(s): 渡邊 俊介，木下大地，島田 裕士，坂本 敦
  • Organizer: 第32回日本植物細胞分子生物学会（盛岡）大会・シンポジウム
  • Place of Presentation: アイーナ（いわて県民情報交流センター，盛岡市）
  • Year and Date: 2014-08-21
• [Presentation] シロイヌナズナ実生に対するプリン分解中間体アラントインの成長促進作用の検証 (2014)
  • Author(s): 渡邊俊介，秋吉信宏，HAN YiPing，島田裕士，坂本 敦
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 富山大学
• [Presentation] プリン代謝中間体アラントインはジャスモン酸応答を惹起する (2014)
  • Author(s): 高木 紘，江草真由美，渡邊俊介，松浦恭和，森泉，平山隆志，島田裕士，上中弘典，坂本 敦
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 富山大学
• [Presentation] Inference of the influence of metabolites on gene expression based on statistical analysis of microarray data (2014)
  • Author(s): 宮本万理子，渡邊俊介，坂本 敦，西森 拓，粟津暁紀
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 富山大学
• [Presentation] ウレイド化合物を介した植物のストレス適応機構の解明 (2013)
  • Author(s): 高木 紘，渡邊俊介，江草真由美，秋吉信宏，島田裕士，上中弘典，坂本 敦
  • Organizer: 日本土壌肥料学会・2013年度名古屋大会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Remarks] ー植物の環境適応と成長生存戦略ー 分子形質発現学研究室HPへようこそ
  • URL: http://www.mls.sci.hiroshima-u.ac.jp/mpb/index.php