2021 Fiscal Year Annual Research Report
長距離シグナリングを介した不均一環境変動への適応機構
| Project Area | Multi-layered regulatory system of plant resilience under fluctuating environment |
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| Project/Area Number |
20H05907
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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望田 啓子 (桑田啓子) 名古屋大学, トランスフォーマティブ生命分子研究所, 特任講師 (70624352) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| Keywords | 硝酸トランスポーター / 篩管 / ペプチド / 窒素欠乏 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
動き回ることのできない植物は，土壌中の窒素などの栄養源に代表されるような空間的に不均一な環境に適応する必要がある．また光合成を行なう気相と栄養吸収を行なう土相という異なる環境空間にまたがって生育するため，地上部と地下部の双方において変動する環境情報を時空間的に統合して適応する必要に迫られる．本研究では，これらの不均一変動環境への適応過程に関わる長距離シグナル伝達に着目し，その分子群の同定や情報統御メカニズムの解明を目指している．
1．葉から根に移行する窒素要求シグナルCEPD/CEPDL2が，どのように根でターゲット遺伝子群の発現を誘導するのかを明らかにするために，CEPDL2-GFPをベイトとしたCo-IP/MS解析を行なった．その結果，互いにファミリーの関係にある2個の転写因子が単離されたため，機能解析や欠損株の表現型解析を進めている．
2．CEPD/CEPDL2ペプチドはシロイヌナズナで21個の遺伝子からなるファミリーを形成しているが，その中にCEPDとは逆に過剰発現で窒素吸収を抑制する分子群を見出した．多重欠損株を作成して表現型の観察を進めている．
3．窒素欠乏の根におけるCEP誘導のメカニズムを含めて，根が窒素欠乏をどのように感知しているかはよくわかっていない．そこで，15Nを用いた安定同位体標識法による定量リン酸化プロテオミクスを行なった．15分間の窒素欠乏処理でリン酸化変動する初期応答タンパク質群を複数同定したため，機能解析を進めている．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
全身的窒素要求シグナリングでは，これまでに道管移行ペプチドCEP-受容体CEPR-篩管移行ペプチドCEPD-フォスファターゼCEPHなどの主要コンポーネントが明らかになっているが，①窒素欠乏の根におけるCEP誘導のメカニズム，②葉におけるCEPR活性化からCEPD誘導までの分子機構，③根に移行したCEPDが根圏の窒素状況依存的に硝酸取り込みを活性化するメカニズム，などについてはまだ明らかになっていない．それぞれに関わる分子群を見出すことは全身的窒素要求シグナリングを理解する上で不可欠である．
今回の結果から，CEPD/CEPDL2は根で転写因子と直接結合し，転写補助因子として下流遺伝子群の発現を制御していることが明らかになった．この知見は，③のメカニズムを解明する上で，大きな前進である．また，CEPD/CEPDL2とは逆に葉の窒素十分を根に伝えるシグナルの存在も示されたことから，植物体の窒素恒常性は，両者のバランスで維持されている可能性が高い．また，①と②の解析では，トランスクリプトームやリン酸化プロテオミクスによってシグナリングに関与する分子群の探索を進めており，得られた候補分子について欠損株の表現型観察やCEP応答性を解析している．
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| Strategy for Future Research Activity |
「現在までの進捗状況」に記した①から③の各項目の研究を引き続き進めていく．特にCEPD/CEPDL2が結合する転写因子が見出されたことは，根に移行したCEPDが硝酸取り込みを活性化するメカニズムの解明に大きな前進であるため，転写因子のChIP-seqなど，標的遺伝子群の同定も含めて研究を進めていく．
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