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: 25120719
• 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): 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: シグナル伝達 / 青色光 / プロテオーム / フォトトロピン

Outline of Annual Research Achievements

本研究ではフォトトロピンと細胞膜H+-ATPaseを繋ぐ新奇情報伝達因子を同定することを目的として、青色光特異的な気孔開口に異常を示すシロイヌナズナ突然変異体の選抜を進めてきた。これまでに赤外線サーモグラフィを用いて20万個体の変異体における葉面温度変化を測定した結果、60ラインの気孔開口変異体を単離することに成功した。今年度はこれらの中から気孔開口が顕著に阻害されたG39-50変異体に着目して研究を進めた。G39-50では青色光によるH+放出およびH+-ATPaseのリン酸化が野生株の半分以下に低下していることが分かった。さらにこの変異体ではH+-ATPaseのタンパク質量が野生株の30%程度に減少していることを見出した。次世代シーケンスを用いたゲノムリシーケンス解析により原因遺伝子の同定を行ったところ、この変異体ではH+-ATPaseをコードするAHA1遺伝子内にミスセンス変異をもつことが分かった。AHA1遺伝子にT-DNAが挿入された別の変異体を入手し気孔の青色光反応を調べたところ、この変異体でも気孔開口およびH+-ATPaseの活性が阻害されG39-50と同様の表現型を示すことが分かった。さらいG39-50変異体に野生型のAHA1遺伝子を導入すると気孔開口が相補されることが分かり、この変異体の原因遺伝子がAHA1であることが確定された。シロイヌナズナにはH+-ATPaseをコードする遺伝子が11存在し、これらは機能重複して働くと考えられていた。本結果は気孔開口におけるH+-ATPaseの重要性を順遺伝学的解析により初めて示した例となるとともに、組織によりアイソフォーム間に発現量の違いがありH+-ATPase活性に占める寄与が異なる可能性を示唆している。

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] Phosphorylation of BLUSl kinase by phototropins is a primary step in stomatal opening (2013)
  • Author(s): Atsushi Takemiya, Naoyuki Suglyama, Hiroshi Fujimoto, Toshifumi Tsutsumi, Shota Yamauchi, Asami Hiyama, Yasuomi Tada, John M. Chrlstie & Ken-ichiro Shimazaki
  • Journal Title: NATURE COMMUNICATIONS Volume: 4 Issue: 1 Pages: 2094-2094
  • DOI: 10.1038/ncomms3094
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 青色光に依存した気孔開口におけるフォトトロピンシグナル伝達初期課程のin vitro再構築 (2015)
  • Author(s): 武宮淳史、土井彩加、吉田早祐美、岡島公司、徳富哲、島崎研一郎
  • Organizer: 第56回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 東京農業大学
  • Year and Date: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [Presentation] フォトトロピンの自己リン酸化の機能的意義の解析 (2015)
  • Author(s): 土井彩加、武宮淳史、井上晋一郎、島崎研一郎
  • Organizer: 第56回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 東京農業大学
  • Year and Date: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [Presentation] 色光依存の気孔開口に関与するH+-ATPase分子種 (2015)
  • Author(s): 山内翔太、武宮淳史、倉田哲也、堤俊文、待木美佳、木下俊則、島崎研一郎
  • Organizer: 第56回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 東京農業大学
  • Year and Date: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [Presentation] 青色光によるアニオンチャネルの不活性化を介した気孔開口促進 (2015)
  • Author(s): 樋山麻美、武宮淳史、杉山直幸、島崎研一郎
  • Organizer: 第56回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 東京農業大学
  • Year and Date: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [Presentation] Molecular mechanism of blue light signaling for stomatal opening (2015)
  • Author(s): Atsushi Takemiya, Ken-ichiro Shimazaki
  • Organizer: The 2nd International Symposium on Plant Environmental Sensing
  • Place of Presentation: 産業技術総合研究所
  • Year and Date: 2015-03-13 – 2015-03-15
  • Invited
• [Presentation] Blue light signaling for stomatal opening (2014)
  • Author(s): Atsushi Takemiya
  • Organizer: 日本植物学会第78回大会
  • Place of Presentation: 明治大学
  • Year and Date: 2014-09-12 – 2014-09-14
  • Invited
• [Presentation] 青色光応答性の気孔開口を欠くシロイヌナズナ変異体の機能解析 (2014)
  • Author(s): 堤俊文、武宮淳史、島崎研一郎
  • Organizer: 日本植物学会第78回大会
  • Place of Presentation: 明治大学
  • Year and Date: 2014-09-12 – 2014-09-14
• [Presentation] 青色光に応答した気孔開口の情報伝達機構 (2014)
  • Author(s): 武宮淳史
  • Organizer: 第18回日本光生物学協会年会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学
  • Year and Date: 2014-08-22 – 2014-08-23
  • Invited
• [Presentation] BLUS1 is a phototropin kinase substrate and mediates blue light signaling for stomatal opening (2014)
  • Author(s): Atsushi Takemiya, Haruka Sawa and, and Ken-ichiro Shimazaki
  • Organizer: Gordon Research Conferences
  • Place of Presentation: Lucca, Italy
  • Year and Date: 2014-04-06 – 2014-04-11
• [Presentation] フォトトロピンによるBLUS1のリン酸化は気孔開口の初期過程である (2014)
  • Author(s): 武宮淳史、杉山直幸、藤本宏, 堤俊文、山内翔太、樋山麻美、多田安臣、John M. Christie、島崎研一郎
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 富山大学（富山）
• [Presentation] 青色光に依存した気孔の開口を欠くシロイヌナズナT-DNA挿入変異体の探索 (2014)
  • Author(s): 堤俊文、武宮淳史、山内翔太、島崎研一郎
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 富山大学（富山）
• [Presentation] 気孔孔辺細胞青色光情報伝達因子を欠く変異体の探索と機能解析 (2014)
  • Author(s): 山内翔太、武宮淳史、堤俊文、待木美佳、島崎研一郎
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 富山大学（富山）
• [Presentation] リン酸化プロテオームによる孔辺細胞情報伝達因子の探索と機能解明 (2014)
  • Author(s): 樋山麻美、武宮淳史、杉山直幸、島崎研一郎
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 富山大学（富山）
• [Presentation] Phosphorylation of a novel protein kinase BLUS1 mediates stomatal opening in response to blue light. (2013)
  • Author(s): Takemiya, A., Sugiyama, N., Fujimoto, H., Tsutsumi, T., Yamauchi, S., Hiyama, A., Tada, Y., Christie, J.M. and Shimazaki, K.
  • Organizer: International Symposium of Plant Photobiology (ISPP) 2013
  • Place of Presentation: Edinburgh, UK
• [Presentation] Biochemical analysis of blue light signaling in stomatal guard cells. (2013)
  • Author(s): Hiyama, A., Takemiya, A., Shimazaki, K.
  • Organizer: International Symposium of Plant Photobiology (ISPP) 2013
  • Place of Presentation: Edinburgh, UK
• [Presentation] Stomatal opening in response to blue light and signaling of Arabidopsis (2013)
  • Author(s): Shimazaki, K., Takemiya, A.
  • Organizer: International Symposium of Plant Photobiology (ISPP) 2013
  • Place of Presentation: Edinburgh, UK
  • Invited
• [Presentation] 植物における青色光に依存した気孔開口 (2013)
  • Author(s): 島崎研一郎、武宮淳史
  • Organizer: 第 51 回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館（京都）
  • Invited