2019 Fiscal Year Annual Research Report
Response mechanisms to a fluctuating environment through long-distance signaling
| Project Area | Integrative system of autonomous environmental signal recognition and memorization for plant plasticity |
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| Project/Area Number |
15H05957
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
松林 嘉克 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (00313974)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
望田 啓子 (桑田啓子) 名古屋大学, トランスフォーマティブ生命分子研究所, 特任助教 (70624352)
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| Project Period (FY) |
2015-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 長距離シグナリング / ペプチド / 篩管 / シロイヌナズナ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
葉の窒素需要を根に伝える新規長距離移行シグナルCEPDL2の発見
植物では根の窒素状況に加えて，葉自身の窒素需要によっても，根の窒素吸収が制御されていると考えられてきたが，その実体は明らかではなかった．
シロイヌナズナにはCEPDと配列が類似したポリペプチドが21種類あり，そのうちの2種類は特に類似性が高い．我々は，これらのひとつCEPDL2が葉の窒素需要を根に伝える長距離移行シグナルの本体であることを見出した．CEPDL2は高親和性硝酸トランスポーターであるNRT2.1やNRT2.2に加えて，木部への硝酸の積み込みに関わるNRT1.5の発現を誘導し，硝酸の取り込みと地上部への輸送を活性化する．CEPDL2は主に葉の篩部において発現するが，根を切除した地上部に対する窒素欠乏処理で発現が誘導されたことから，CEPDL2は葉自身の窒素欠乏状態に直接応答するシグナルである．葉の篩部で発現したGFP-CEPDL2は根へ移行し，その蛍光は根の表皮細胞の核にも検出された．
CEPDL2の欠損株をCRISPR/CAS9で作製したところ，硝酸取り込み活性の顕著な低下が観察された．特に，生育後期に新たに展開する葉が小さくなるなど地上部のサイズの減少が観察された．これは，急激に地上部のバイオマスが増加する栄養生長後期に地上部の窒素需要が増大することを示唆している．実際，この時期には地上部でCEPDL2の発現量が増加する．
さらに根の窒素欠乏を他の根に伝える過程に関わるCEPD1/2と葉の窒素需要を根に伝えるCEPDL2の両方を欠損する植物では，顕著な硝酸取り込み活性の低下と植物体の著しい矮小化が観察された．一連のCEPDおよびCEPDLの解析から，根における硝酸取り込みの制御には，葉に由来する長距離シグナルが主要な役割を担っていることが結論づけられた（Nature Commun. 2020）．
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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