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2022 Fiscal Year Annual Research Report

不規則な環境変動に応答した気孔開度と花成の制御機構

Planned Research

Project AreaMulti-layered regulatory system of plant resilience under fluctuating environment
Project/Area Number 20H05910
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

木下 俊則  名古屋大学, 理学研究科(WPI), 教授 (50271101)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 児玉 豊  宇都宮大学, バイオサイエンス教育研究センター, 教授 (00455213)
今泉 貴登  名古屋大学, 遺伝子実験施設, 招へい教員 (60767466)
Project Period (FY) 2020-11-19 – 2025-03-31
Keywords植物 / 環境変動 / 気孔 / 花成 / 光受容体
Outline of Annual Research Achievements

植物の段階的な乾燥ステージゲート応答の分子機構を明らかにすることを目的として解析を進め、これまでの研究により、bHLH転写因子AKSs/FBHsが重要な役割を果たすことが明らかとなってきた。そこで、今年度は、AKSs/FBHsのリン酸化部位の経時変化と共同沈降タンパク質について、プロテオミクス解析を進め、AKS1における乾燥処理に応答したリン酸化変動や共同沈降タンパク質を同定した。さらに、支援班の協力のもと、aks変異体と野生株の網羅的な発現解析を進め、転写因子AKSの標的因子が明らかとなってきた。
次に、木漏れ日のような変動光環境における気孔開閉の制御機構について解析を進め、暗転した葉では、葉内[CO2]が急激に高まり、それが気孔開口のキーエンザイムである孔辺細胞の細胞膜H+-ATPaseの迅速な脱リン酸化を引き起し、気孔閉鎖が誘導されていることが明らかとなった。現在、この葉内[CO2]上昇に応答したH+-ATPaseの急激な脱リン酸化のシグナル伝達について解析を進めている。さらに、これまでの研究により、コマツナの一部の葉への光照射が、近隣の葉における光による気孔開口を促進することが明らかとなってきたため、川合班・宮城先生の協力のもと、葉の代謝物の質量分析を行った。
加えて、栄養生長期と生殖生長期に出現する葉における気孔特性の解析を進め、生殖生長期の葉の気孔は、栄養生長期のものより光による気孔開口が促進されており、光合成活性が高く、種子生産に重要な役割を果たしていることが明らかとなった。また、気孔開口のシグナル伝達についての解析を進め、孔辺細胞の細胞膜H+-ATPaseの新規のリン酸化部位の同定とその機能解析、さらに気孔開度制御に関わる新規因子を同定し、現在、不均一環境に応答した気孔開度制御への関与についての解析を進めている。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

植物の段階的な乾燥ステージゲート応答に関わるbHLH転写因子AKSs/FBHsについて、リン酸化部位、共同沈降タンパク質、さらにAKSに転写制御を受ける因子群が明らかとなった。また、変動光環境における気孔開度制御においては、葉内CO2が関わることが明らかとなり、長期的な環境刺激や空間的な不均一環境による気孔開度の制御の分子レベルでの理解が大きく研究が進展した。

Strategy for Future Research Activity

これまでに明らかとなったきた植物の段階的な乾燥ステージゲート応答や変動光環境における気孔開度制御において関わっている因子の孔辺細胞内での具体的な作用機作の解析をさらに進めることで、本領域の大きな目標である不均一環境における植物の環境応答の分子機構を明らかにしたい。

  • Research Products

    (50 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (21 results) (of which Int'l Joint Research: 12 results,  Peer Reviewed: 21 results,  Open Access: 11 results) Presentation (24 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 5 results) Book (1 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Int'l Joint Research] 南京農業大学/北京大学(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      南京農業大学/北京大学
  • [Int'l Joint Research] ミネソタ大学(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      ミネソタ大学
  • [Journal Article] Editorial: pH as a signal and secondary messenger in plant cells2023

    • Author(s)
      Raghavendra Agepati S.、Ye Wenxiu、Kinoshita Toshinori
    • Journal Title

      Frontiers in Plant Science

      Volume: 14 Pages: -

    • DOI

      10.3389/fpls.2023.1148689

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Discovery of 2,6-Dihalopurines as Stomata Opening Inhibitors: Implication of an LRX-Mediated H<sup>+</sup>-ATPase Phosphorylation Pathway2023

    • Author(s)
      Ueda Ayaka、Aihara Yusuke、Sato Shinya、Kano Keiko、Mishiro-Sato Emi、Kitano Hiroyuki、Sato Ayato、Fujimoto Kazuhiro J.、Yanai Takeshi、Amaike Kazuma、Kinoshita Toshinori、Itami Kenichiro
    • Journal Title

      ACS Chemical Biology

      Volume: 18 Pages: 347~355

    • DOI

      10.1021/acschembio.2c00771

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] PP2C.D phosphatase SAL1 positively regulates aluminum resistance via restriction of aluminum uptake in rice2023

    • Author(s)
      Xie Wenxiang、Liu Shuo、Gao Huiling、Wu Jun、Liu Dilin、Kinoshita Toshinori、Huang Chao-Feng
    • Journal Title

      Plant Physiology

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1093/plphys/kiad122

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] PECT1, a rate-limiting enzyme in phosphatidylethanolamine biosynthesis, is involved in the regulation of stomatal movement in Arabidopsis.2023

    • Author(s)
      Negi Juntaro、Obata Tomoki、Nishimura Sakura、Song Boseok、Yamagaki Sho、Ono Yuhei、Okabe Makoto、Hoshino Natsumi、Fukatsu Kohei、Tabata Ryo、Yamaguchi Katsushi、Shigenobu Shuji、Yamada Masashi、Hasebe Mitsuyasu、Sawa Shinichiro、Kinoshita Toshinori、Nishida Ikuo、Iba Koh
    • Journal Title

      The Plant Journal

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1111/tpj.16245

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Image-based quantification of Arabidopsis thaliana stomatal aperture from leaf images2023

    • Author(s)
      Takagi Momoko、Hirata Rikako、Aihara Yusuke、Hayashi Yuki、Mizutani-Aihara Miya、Ando Eigo、Yoshimura-Kono Megumi、Tomiyama Masakazu、Kinoshita Toshinori、Mine Akira、Toda Yosuke
    • Journal Title

      Plant and Cell Physiology

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1093/pcp/pcad018

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The FLOWERING LOCUS T gene expression is controlled by high-irradiance response and external coincidence mechanism in long days in Arabidopsis.2023

    • Author(s)
      Lee Nayoung、Ozaki Yusuke、Hempton Andrew K.、Takagi Hiroshi、Purusuwashi Savita、Song Young Hun、Endo Motomu、Kubota Akane、Imaizumi Takato
    • Journal Title

      New Phytologist

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1111/nph.18932

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Photoperiodic flowering in Arabidopsis: Multilayered regulatory mechanisms of CONSTANS and the florigen FLOWERING LOCUS T2023

    • Author(s)
      Takagi Hiroshi、Hempton Andrew K.、Imaizumi Takato
    • Journal Title

      Plant Communications

      Volume: - Pages: 100552~100552

    • DOI

      10.1016/j.xplc.2023.100552

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Dark‐induced chloroplast relocation depends on actin filaments in the liverwort <i>Apopellia endiviifolia</i> along with the light‐ and cold‐induced relocations2023

    • Author(s)
      Yong Lee‐Kien、Kodama Yutaka
    • Journal Title

      Plant, Cell & Environment

      Volume: 46 Pages: 1822~1832

    • DOI

      10.1111/pce.14566

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Editorial: Stomatal Biology and Beyond2022

    • Author(s)
      Ye Wenxiu、Dong Juan、Kinoshita Toshinori
    • Journal Title

      Frontiers in Plant Science

      Volume: 13 Pages: -

    • DOI

      10.3389/fpls.2022.848811

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Identification of stomatal-regulating molecules from de novo arylamine collection through aromatic C?H amination2022

    • Author(s)
      Toda Yosuke、Perry Gregory J. P.、Inoue Shimpei、Ito Eri、Kawakami Takahiro、Narouz Mina R.、Takahashi Koji、Aihara Yusuke、Maeda Bumpei、Kinoshita Toshinori、Itami Kenichiro、Murakami Kei
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 12 Pages: -

    • DOI

      10.1038/s41598-022-04947-z

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Mechanosensory trichome cells evoke a mechanical stimuli?induced immune response in Arabidopsis thaliana2022

    • Author(s)
      Matsumura Mamoru、Nomoto Mika、Itaya Tomotaka、Aratani Yuri、Iwamoto Mizuki、Matsuura Takakazu、Hayashi Yuki、Mori Tsuyoshi、Skelly Michael J.、Yamamoto Yoshiharu Y.、Kinoshita Toshinori、Mori Izumi C.、Suzuki Takamasa、Betsuyaku Shigeyuki、Spoel Steven H.、Toyota Masatsugu、Tada Yasuomi
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 13 Pages: -

    • DOI

      10.1038/s41467-022-28813-8

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A win-win scenario for photosynthesis and the plasma membrane H+ pump2022

    • Author(s)
      Kinoshita Satoru N.、Kinoshita Toshinori
    • Journal Title

      Frontiers in Plant Science

      Volume: 13 Pages: -

    • DOI

      10.3389/fpls.2022.982485

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A tonoplast‐localized magnesium transporter is crucial for stomatal opening in Arabidopsis under high Mg <sup>2+</sup> conditions2022

    • Author(s)
      Inoue Shin‐ichiro、Hayashi Maki、Huang Sheng、Yokosho Kengo、Gotoh Eiji、Ikematsu Shuka、Okumura Masaki、Suzuki Takamasa、Kamura Takumi、Kinoshita Toshinori、Ma Jian Feng
    • Journal Title

      New Phytologist

      Volume: 236 Pages: 864~877

    • DOI

      10.1111/nph.18410

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Ethanol treatment enhances drought stress avoidance in cassava (Manihot esculenta Crantz)2022

    • Author(s)
      Vu Anh Thu、Utsumi Yoshinori、Utsumi Chikako、Tanaka Maho、Takahashi Satoshi、Todaka Daisuke、Kanno Yuri、Seo Mitsunori、Ando Eigo、Sako Kaori、Bashir Khurram、Kinoshita Toshinori、Pham Xuan Hoi、Seki Motoaki
    • Journal Title

      Plant Molecular Biology

      Volume: 110 Pages: 269~285

    • DOI

      10.1007/s11103-022-01300-w

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Ethanol-Mediated Novel Survival Strategy against Drought Stress in Plants2022

    • Author(s)
      Bashir K,Todaka D,Rasheed S,Matsui A,Ahmad Z,Sako K,Utsumi Y,Vu AT,Tanaka M,Takahashi S,Ishida J,Tsuboi Y,Watanabe S,Kanno Y,Ando E,Shin KC,Seito M,Motegi H,Sato M,Li R,Kikuchi S,Fujita M,Kusano M,Kobayashi M,Habu Y,Nagano AJ,Kawaura K,Kikuchi J,Saito K,Hirai MY,Seo M,Shinozaki K,Kinoshita T,*Seki M
    • Journal Title

      Plant and Cell Physiology

      Volume: 63 Pages: 1181~1192

    • DOI

      10.1093/pcp/pcac114

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] ABP1-TMK auxin perception for global phosphorylation and auxin canalization2022

    • Author(s)
      *Friml J, Gallei M, Gelova Z, Johnson A, Mazur E, Monzer A, Rodriguez L, Roosjen M, Verstraeten I, Zivanovic BD, Zou M, Fiedler L, Giannini C, Grones P, Hrtyan M, Kaufmann WA, Kuhn A, Narasimhan M, Randuch M, Rydza N, Takahashi K, Tan S, Teplova A, Kinoshita T, Weijers D, Rakusova
    • Journal Title

      Nature

      Volume: 609 Pages: 575~581

    • DOI

      10.1038/s41586-022-05187-x

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Elevated CO2 induces rapid dephosphorylation of plasma membrane H+-ATPase in guard cells.2022

    • Author(s)
      Ando Eigo、Kollist Hannes、Fukatsu Kohei、Kinoshita Toshinori、Terashima Ichiro
    • Journal Title

      New Phytologist

      Volume: 236 Pages: 2061~2074

    • DOI

      10.1111/nph.18472

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Tryptophan synthase B subunit 1 affects stomatal phenotypes in Arabidopsis thaliana.2022

    • Author(s)
      Soda Midori N.、Hayashi Yuki、Takahashi Koji、Kinoshita Toshinori
    • Journal Title

      Frontiers in Plant Science

      Volume: 13 Pages: -

    • DOI

      10.3389/fpls.2022.1011360

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Photosynthetic-Product?Dependent Activation of Plasma Membrane H+-ATPase and Nitrate Uptake in<i>Arabidopsis</i>Leaves2022

    • Author(s)
      Kinoshita Satoru N、Suzuki Takamasa、Kiba Takatoshi、Sakakibara Hitoshi、Kinoshita Toshinori
    • Journal Title

      Plant and Cell Physiology

      Volume: 64 Pages: 191~203

    • DOI

      10.1093/pcp/pcac157

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Stomatal properties of Arabidopsis cauline and rice flag leaves and their contributions to seed production and grain yield2022

    • Author(s)
      Ding Ming、Zhu Yiyong、Kinoshita Toshinori
    • Journal Title

      Journal of Experimental Botany

      Volume: 74 Pages: 1957~1973

    • DOI

      10.1093/jxb/erac492

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] The endoplasmic reticulum membrane-bending protein RETICULON facilitates chloroplast relocation movement in Marchantia polymorpha.2022

    • Author(s)
      Ishikawa Kazuya、Konno Ryota、Hirano Satoyuki、Fujii Yuta、Fujiwara Masayuki、Fukao Yoichiro、Kodama Yutaka
    • Journal Title

      The Plant Journal

      Volume: 111 Pages: 205~216

    • DOI

      10.1111/tpj.15787

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] タイプ2CプロテインホスファターゼDクレードによる気孔開度制御2023

    • Author(s)
      木下大地,水谷未耶,榊原拓,村上公亮,丹下昭憲,安藤英伍,木下俊則
    • Organizer
      第64回日本植物生理学会年会
  • [Presentation] シロイヌナズナ実生での細胞膜 H+-ATPase 活性化が包括的な遺伝子発現に与える影響2023

    • Author(s)
      木下(永縄)悟,瀧京美,永縄万由子,長谷川莉子,桐山寛生,大神田淳子,木下俊則
    • Organizer
      第64回日本植物生理学会年会
  • [Presentation] CO2 による孔辺細胞の細胞膜 H+-ATPase の急速な脱リン酸化を通じた気孔閉鎖促進2023

    • Author(s)
      安藤英伍,Hannes Kollist,深津孝平,木下俊則,寺島一郎
    • Organizer
      第64回日本植物生理学会年会
  • [Presentation] ストレプト藻類クレブソルミディウムの細胞膜 H+-ATPase 活性制御2023

    • Author(s)
      高橋宏二,堀孝一,太田啓之,木下俊則
    • Organizer
      第64回日本植物生理学会年会
  • [Presentation] 気孔開口シグナル伝達経路に作用す る新規化合物の分子機構の解析2023

    • Author(s)
      辛洸徹,相原悠介,藤茂雄,佐藤綾人 ,木下俊則
    • Organizer
      第64回日本植物生理学会年会
  • [Presentation] キナーゼ阻害剤による気孔開口抑制の分子機構の解析2023

    • Author(s)
      桑山翔悟,高橋宏二,林真妃,佐藤綾人,木下俊則
    • Organizer
      第64回日本植物生理学会年会
  • [Presentation] 気孔孔辺細胞において青色光によりリン酸化 レベルの変動するタンパク質の機能解析2023

    • Author(s)
      深津孝平,林優紀,鈴木孝征,桑田啓子,木下俊則
    • Organizer
      第64回日本植物生理学会年会
  • [Presentation] イソチオシアネートを基盤とした気孔開口阻 害剤の機能解析と分子改良2023

    • Author(s)
      相原悠介,前田文平,後藤栞奈,野元美佳,高橋宏二,藤茂雄,叶文秀,戸田陽介,多田安臣,佐藤綾人,伊丹健一郎,村上慧,木下俊則
    • Organizer
      第64回日本植物生理学会年会
  • [Presentation] アミン合成酵素の機能解析2023

    • Author(s)
      祢冝淳太郎,小畑智暉,西村さくら,宋普錫,山柿将,星野奈摘,深津孝平,木下俊則,西 田生郎,射場厚
    • Organizer
      第64回日本植物生理学会年会
  • [Presentation] SNS1 を介した長期乾燥ストレス条件への抵抗戦略2023

    • Author(s)
      片桐壮太郎,神山佳明,木下俊則,梅澤泰史
    • Organizer
      第64回日本植物生理学会年会
  • [Presentation] 孔辺細胞における細胞膜 H+-ATPase の C 末端 のリン酸化を介した新規機能制御の解析2023

    • Author(s)
      林優紀,深津孝平,高橋宏二,木下(永縄)悟,加藤恭平 ,桑田啓子 ,鈴木孝征 ,木下俊則
    • Organizer
      第64回日本植物生理学会年会
  • [Presentation] TCP転写因子による葉の細胞伸長の制御機構の解析2023

    • Author(s)
      小山知嗣,光田展隆,関原明,高橋宏二,木下俊則,別所歩武,國枝正,出村拓,高木優
    • Organizer
      第64回日本植物生理学会年会
  • [Presentation] 植物の成長の謎にせまる気孔の科学のはなし2023

    • Author(s)
      木下俊則
    • Organizer
      名古屋大学オープンレクチャー
    • Invited
  • [Presentation] Light regulation of stomatal opening and control of plant growth2022

    • Author(s)
      Toshinori KInoshita
    • Organizer
      Stomatal development and function seminar
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 植物の巧みな環境応答 -植物に欠かせない気孔の働き-2022

    • Author(s)
      木下俊則
    • Organizer
      2022年度 名大 MIRAI GSC 第1ステージ講義
    • Invited
  • [Presentation] How plasma membrane H+-ATPase overexpression increases rice yield2022

    • Author(s)
      Toshinori Kinoshita
    • Organizer
      Plant Biology 2022
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Analysis of phosphoenolpyruvate carboxylase in stomatal guard cells2022

    • Author(s)
      Kohei Fukatsu
    • Organizer
      Plant Biology 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Functional characterization of novel compounds that affect signalingpathway in stomatal opening2022

    • Author(s)
      Gwangchol Sin
    • Organizer
      Plant Biology 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 植物の巧みな環境応答2022

    • Author(s)
      木下俊則
    • Organizer
      長野県立飯山高等学校探求科「名古屋サイエンスツアー・世界を変える研究の最前線!これからの社会と地球の未来を考える」
    • Invited
  • [Presentation] タイプ2CプロテインホスファターゼD clade (PP2C.D)による孔辺細胞細胞膜プロトンポンプの脱リン酸化2022

    • Author(s)
      木下俊則
    • Organizer
      日本植物学会第86回大会
  • [Presentation] イソチオシアネートを基盤とした植物の乾燥耐性付与剤の発見と改良2022

    • Author(s)
      相原 悠介,前田 文平,後藤 栞奈,藤 茂雄,叶 文 秀,戸田 陽介,村上 慧,佐藤 綾人,伊丹 健一郎,木下 俊則
    • Organizer
      日本植物学会第86回大会
  • [Presentation] ソラマメ孔辺細胞においてABA依存的にリン酸化されるbHLH型転写因子の同定と機能解析2022

    • Author(s)
      林 優紀,高橋 洋平,桑田 啓子,鈴木 孝征,木下 俊則
    • Organizer
      日本植物学会第86回大会
  • [Presentation] 気孔開度制御による植物の成長と生産量の促進2022

    • Author(s)
      木下俊則
    • Organizer
      BioJapan2022
  • [Presentation] ポンプ植物作出による光合成、養分吸収、収量の促進2022

    • Author(s)
      木下俊則
    • Organizer
      アグリビジネス創出フェア
  • [Book] JATAFFジャーナル10巻9号「プロトンポンプの機能を高めることによりイネの収量向上と肥料の削減を実現」2022

    • Author(s)
      木下俊則
    • Total Pages
      -
    • Publisher
      公益社団法人農林水産・食品産業技術振興協会
  • [Remarks] 名古屋大学植物生理学グループ

    • URL

      http://plantphys.bio.nagoya-u.ac.jp/index.html

  • [Patent(Industrial Property Rights)] 植物気孔開口調節剤2022

    • Inventor(s)
      木下俊則、相原悠介、佐藤綾人、村上慧
    • Industrial Property Rights Holder
      木下俊則、相原悠介、佐藤綾人、村上慧
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2022-072557

URL: 

Published: 2023-12-25  

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