葉緑体運動を仲介するCHUP1タンパク質の動態制御機構の解析

• Project Area: Environmental sensing of plants: Signal perception, processing and cellular responses
• Project/Area Number: 25120721
• 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: 和田 正三 九州大学, 理学(系)研究科(研究院), 学術研究員(嘱託) (60011681)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥16,380,000 (Direct Cost: ¥12,600,000、Indirect Cost: ¥3,780,000); Fiscal Year 2014: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000); Fiscal Year 2013: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000)
• Keywords: 葉緑体運動 / 光受容体 / アクチン繊維 / CHUP1 / アクチン重合

Outline of Annual Research Achievements

葉緑体光定位運動は葉緑体光定位運動は、植物の生存と光合成の効率化に必須の生理現象であり、我々は移動に働く新規アクチン繊維（chloroplast actin filaments、以下cp-actinと略す）構造を発見した。cp-actinは葉緑体の外包膜上に存在するCHUP1により重合・維持される。従って、CHUP1が葉緑体の外包膜上をcp-actin重合部位に向かって移動し、定着するCHUP1の動態制御にはCHUP1の膜との結合、膜からの離脱、膜上の移動の３要素で構成される。CHUP1の細胞膜への結合にはN末端側のcoiled-coilドメイン（CHUP1-NC）を介した細胞膜タンパク質との相互作用が必要であり、その細胞膜局在の因子の一つがCHUP1-Interacting Protein1 (CHIP1)である。さらに、KACとの相互作用も必須である。本年度は、CHUP1の細胞膜からの離脱制御機構を解析した。まず、CHUP1-NCが細胞膜に結合するためにはCHUP1-NC のCHIP1とKACとの相互作用が必要であることを明らかにした。また、phot2欠損変異体ではCHUP1-NCとKAC1が解離できないことから、CHUP1の KACとCHIP1からの離脱にはphot2依存のリン酸化が必要であることが分かった。このことから、phot2依存的リン酸化がCHUP1複合体の結合を解除し、その結果CHUP1が細胞膜から離脱し、移動が始まると考えられた。次に、CHIP1のphot2依存的リン酸化部位を同定した。得られたCHIP1リン酸化部位をアラニンもしくはアスパラギン酸に置換したCHIP1遺伝子を作成し、chip1変異体に導入した形質転換体を作成した。現在、T3世代のホモラインが確立し、CHIP1の分布、葉緑体運動、CHUP1とcp-actinの挙動にどのような影響が出るかを詳細に調べている。

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] Clues to the signals for chloroplast photo-relocation from the lifetimes of accumulation and avoidance responses. (2015)
  • Author(s): Higa, T. and M. Wada
  • Journal Title: J. Integrative Plant Biology Volume: 57 Issue: 1 Pages: 120-126
  • DOI: 10.1111/jipb.12310
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] An N-terminal region of a Myb-like protein is involved in its intracellular localization and activation of a gibberellin-inducible proteinase gene in germinated rice seeds (2015)
  • Author(s): Sutoh, K., K. Washio, R. Imai, M. Wada, T. Nakai, and D. Yamauchi
  • Journal Title: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Volume: 2015 Issue: 5 Pages: 1-13
  • DOI: 10.1080/09168451.2014.998620
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Gene silencing by DNA interference in fern gametophytes. (2015)
  • Author(s): Wada, M., and H. Tsuboi
  • Journal Title: Methods and Protocols, Methods in Molecular Biology Volume: 1287 Pages: 119-128
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-2453-0_8
  • ISBN: 9781493924523, 9781493924530
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] On the origin of a slowly reversible fluorescence decay component in the Arabidopsis npq4 mutant. (2014)
  • Author(s): Dall’Osto, L., S. Cazzaniga, M. Wada, and R. Bassi
  • Journal Title: Phil. Trans. R. Soc. B Volume: 369 Pages: 164020130221-164020130221
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Fern Adiantum capillus-veneris phytochrome 1 comprises two native photochemical types similar to seed plant phytochrome A (2014)
  • Author(s): Sineshchekov, V., L. Koppel, H. Okamoto, and M. Wada
  • Journal Title: J. Photochem. Photobiol. B: Biology Volume: 130 Pages: 20-29
  • DOI: 10.1016/j.jphotobiol.2013.10.007
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Actin-dependent plastid movement is required for motive force generation in directional nuclear movement in plants. (2014)
  • Author(s): Higa, T., N. Suetsugu, S.-G. Kong, and M. Wada
  • Journal Title: Proc. Natl Acad. Sci. USA Volume: 111 Issue: 11 Pages: 4327-4331
  • DOI: 10.1073/pnas.1317902111
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Phototropin encoded by a single-copy gene, mediates chloroplast photorelocation movements in the liverwort Marchantia polymorpha L (2014)
  • Author(s): Komatsu, A., M. Terai, K. Ishizaki, N. Suetsugu, H. Tsuboi, R. Nishihama, K.T. Yamato, M. Wada, and T. Kohchi
  • Journal Title: Plant Physiol. Volume: 166 Pages: 411-427
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photo-Induced Oligomerization of Arabidopsis Thaliana Phototropin 2 LOV1 (2014)
  • Author(s): Y. Nakasone, Y. Kawaguchi, S-G. Kong, M. Wada, M. Terazima
  • Journal Title: J.Phys.Chem.B Volume: 118 Issue: 49 Pages: 14314-14325
  • DOI: 10.1021/jp509448b
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Plant nuclear photorelocation movement. (2014)
  • Author(s): Higa, T., N. Suetsugu, and M. Wada
  • Journal Title: J. Exp. Bot. Volume: 印刷中 Issue: 11 Pages: 2873-2882
  • DOI: 10.1093/jxb/ert414
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Recent advances in understanding the molecular mechanism of chloroplast photorelocation movement. (2014)
  • Author(s): Kong, S.-G., and M. Wada
  • Journal Title: Biochi. Biophsi. Acta Volume: 1837 Issue: 4 Pages: 522-530
  • DOI: 10.1016/j.bbabio.2013.12.004
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Chloroplast motility. (2014)
  • Author(s): Suetsugu, N. and M. Wada
  • Journal Title: The Plant Sciences - Cell Biology Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Interaction between avoidance of photon absorption, excess energy dissipation and zeaxanthin synthesis against photoxidative stress in Arabidopsis． (2013)
  • Author(s): Cazzaniga, S., L. Dall’Osto, S.-G. Kong, M. Wada, and R. Bassi
  • Journal Title: Plant J. Volume: 76 Issue: 4 Pages: 568-579
  • DOI: 10.1111/tpj.12314
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Chloroplast movement. (2013)
  • Author(s): Wada, M.
  • Journal Title: Plant Science Volume: 210 Pages: 177-182
  • Peer Reviewed
• [Presentation] The biochemical real of CHLOROPLAST UNUSUAL POSITIONING 1 in chloroplast photo relocation movement (2015)
  • Author(s): Sam-Geun Kong, Saku Kijima, Atsushi Shimada, Keiko Hirose, Noriyuki Suetsugu, Fumio Takahashi, Daisuke Kohda, Taro Q. P. Uyeda, Masamitsu Wada
  • Organizer: 第56回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 東京農業大学世田谷キャンパス（東京都）
  • Year and Date: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [Presentation] CHLOROPLAST UNUSUAL POSITIONING 1 is a plant-specific class of actin nucleator for chloroplast photorelocation movement (2015)
  • Author(s): Sam-Geun Kong, Saku Kijima, Atsushi Shimada, Noriyuki Suetsugu, Keiko Hirose, Fumio Takahashi, Daisuke Kohda, Taro Q. P. Uyeda, and Masamitsu Wada
  • Organizer: The 2nd International Symposium on Plant Environmental Sensing
  • Place of Presentation: 産業技術総合研究所 臨海副都心センター（東京都）
  • Year and Date: 2015-03-13 – 2015-03-15
• [Presentation] 葉緑体光定位運動の光受容体と運動機構 (2015)
  • Author(s): 和田 正三
  • Organizer: 大阪大学蛋白研究所セミナー「光運動反応・光センサー蛋白質・光遺伝学」
  • Place of Presentation: 大阪大学蛋白質研究所（大阪府・吹田市）
  • Year and Date: 2015-03-10 – 2015-03-11
  • Invited
• [Presentation] The reason why we use Marchantia to study chloroplast photo relocation movement (2014)
  • Author(s): Masamitsu Wada
  • Organizer: Marchantia Workshop 2014
  • Place of Presentation: 神戸大学六甲台キャンパス（兵庫県・神戸市）
  • Year and Date: 2014-12-08 – 2014-12-10
  • Invited
• [Presentation] Photo perception and motility system in chloroplast movement (2014)
  • Author(s): Masamitsu Wada
  • Organizer: Workshop in photobiology
  • Place of Presentation: Academia Sinica （台湾・台北市）
  • Year and Date: 2014-11-25 – 2014-11-26
  • Invited
• [Presentation] ゼニゴケにおける葉緑体の低温応答運動のフォトトロピン依存性 (2014)
  • Author(s): 藤井 雄太、小笠原 有香、小松 愛乃、和田 正三、河内 孝之
  • Organizer: 日本植物学会第78回大会
  • Place of Presentation: 明治大学生田キャンパス（神奈川県・川崎市）
  • Year and Date: 2014-09-12 – 2014-09-14
• [Presentation] 植物アクチンアイソフォームの精製・機能解析 (2014)
  • Author(s): 貴嶋 紗久、孔 三根、和田 正三、上田 太郎
  • Organizer: 日本植物学会第78回大会
  • Place of Presentation: 明治大学生田キャンパス（神奈川県・川崎市）
  • Year and Date: 2014-09-12 – 2014-09-14
• [Presentation] Chloroplast movement, what is this? (2014)
  • Author(s): Masamitsu Wada
  • Organizer: 16th International Conference on Photobiology
  • Place of Presentation: Universidad Nacional de Cordoba (Cordoba, Argentina)
  • Year and Date: 2014-09-08 – 2014-09-12
  • Invited
• [Presentation] プラスチドの運動に依存した核定位運動 (2014)
  • Author(s): 比嘉 毅、末次 憲之、孔 三根、和田 正三
  • Organizer: 第18回日本光生物学協会年会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学学術情報総合センター（大阪府・大阪市）
  • Year and Date: 2014-08-22 – 2014-08-23
• [Presentation] 陸上植物におけるキネシン様タンパク質KACによる葉緑体の細胞内分布制御 (2014)
  • Author(s): 末次 憲之、小松 愛乃、和田 正三、河内 孝之
  • Organizer: 第18回日本光生物学協会年会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学学術情報総合センター（大阪府・大阪市）
  • Year and Date: 2014-08-22 – 2014-08-23
• [Presentation] 葉緑体光定位運動の分子メカニズムの解析 (2014)
  • Author(s): 末次 憲之、和田 正三
  • Organizer: 植物科学談話会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学理学部付属植物園研究棟（大阪府・交野市）
  • Year and Date: 2014-08-02
• [Presentation] 葉緑体運動のメカニズムと意義ーそれはどうすれば解けるのかー (2014)
  • Author(s): 和田 正三
  • Organizer: 東京理科大学総合研究機構特別講演会
  • Place of Presentation: 東京理科大学野田キャンパス（千葉県・野田市）
  • Year and Date: 2014-07-29
  • Invited
• [Presentation] The Mechanism of Chloroplast Photorelocation Movement (2014)
  • Author(s): Masamitsu Wada
  • Organizer: Gordon Reseach Conference Mitochondria & Chloroplasts
  • Place of Presentation: Renaissance Tuscany Ⅱ Ciocco Resort,(Lucca(Barga)・Italy）
  • Year and Date: 2014-07-06 – 2014-07-11
  • Invited
• [Presentation] ハイパースペクトル画像分類に基づく新規葉緑体光定位運動突然変異株 の単離。 (2014)
  • Author(s): 松田 修、末次 憲之、内田 誠一、和田 正三、射場 厚
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 富山大学（富山市）
• [Presentation] Chloroplast accumulation response promotes plant growth (2014)
  • Author(s): Eiji Gotoh, Noriyuki Suetsugu, Takeshi Higa, Masamitsu Wada
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 富山大学（富山市）
• [Presentation] Chloroplast actin filaments control the nuclear photorelocation movement. (2013)
  • Author(s): M. Wada
  • Organizer: International Symposium on Plant Photomorphogenesis
  • Place of Presentation: The University of Edinburgh (Edinburgh, UK.)
  • Invited
• [Presentation] The fern gametophyte as a model system for chloroplast movement analysis. (2013)
  • Author(s): M. Wada
  • Organizer: Botanical Conference
  • Place of Presentation: Riverside Hilton (New Orleans, USA)
  • Invited
• [Presentation] プラスチドに依存した核光定位運動及びアクチン繊維束による核運動の解析 (2013)
  • Author(s): 比嘉 毅、末次 憲之、和田 正三
  • Organizer: 日本植物学会第77回大会
  • Place of Presentation: 北海道大学（札幌市北区）
• [Presentation] Chloroplast and nuclear photorelocaiton movement mediated by phototropins.
  • Author(s): M. Wada
  • Organizer: Winslow Briggs’ Symposium
  • Place of Presentation: Carnegie Institution for Science (Stanford, USA)
  • Invited
• [Presentation] 葉緑体と核はどう動くのか？
  • Author(s): 和田 正三
  • Organizer: 山田科学振興財団座談会
  • Place of Presentation: 東京コンファレンスセンター有明（東京都江東区）
  • Invited
• [Presentation] The mechanisms of chloroplast and nuclear movement mediated by blue light receptor phototropins.
  • Author(s): M. Wada
  • Organizer: 日本生物物理学会第５１回大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館（京都市左京区）
  • Invited
• [Presentation] 葉緑体光定位運動の効果とメカニズム
  • Author(s): 和田 正三
  • Organizer: 「物理・産業界からみた人工光合成」に関する委員会
  • Place of Presentation: ホテル阪急エキスポパーク（大阪府吹田市）
  • Invited
• [Remarks] 和田研究室ホームページ
  • URL: http://wadalab.biology.kyushu-u.ac.jp