2011 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Environmental sensing of plants: Signal perception, processing and cellular responses |
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| Project/Area Number |
22120004
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
高橋 秀幸 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (70179513)
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| Keywords | 水分屈性 / MIZU-KUSSEI / MIZ1 / オーキシン / コルメラ / シロイヌナズナ / ミヤコグサ |
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| Research Abstract |
われわれによって世界に先駆けて根の水分屈性制御遺伝子として発見されたMIZ1は、新規分子をコードしており、発現制御機構やタンパク質の機能に関する知見は無かった。そこでMIZ1の機能を明らかにする目的で、MIZ1を過剰発現する植物体を作出し、それらの解析を行った。その結果、MIZ1の過剰発現は側根の形成を抑制することがわかった。また、この側根形成の抑制はオーキシンの投与により回復し、根のオーキシン量が野生型と比べmiz1突然変異体で増加し、MIZ1過剰発現体で低下していることを明らかにした。これらのことからMIZ1が根のオーキシン量を負に調節する分子であることが示唆された。さらに、MIZ1-GFP発現系統を作出して解析した結果、MIZ1-GFPの発現は明所で培養した植物の根端と伸長域において見られ、暗所では根端のシグナルが消失していた。加えて、水分屈性ならびにMIZ1-GFPの発現は、光およびアブシジン酸の制御を受けることを見出した。
MIZ1の過剰発現が側根形成にも関与したことから、側根の水分屈性能のMIZ1による制御についても解析した。すなわち、側根の水分屈性実験系を構築し、野生型およびmiz1突然変異体の間で水分屈性能について比較を行った。その結果、側根も主根と同様に水分屈性を示すこと、側根の水分屈性においてもMIZ1が必須であることが明らかになった。
根の水分屈性に機能する細胞群を同定するために、レーザーによる局所的な細胞破壊を行い、水分屈性能との関係を解析した結果、根冠コルメラ細胞以外にも水分勾配感受細胞の存在する可能性が示された。
ミヤコグサの水分屈性実験系を構築し、比較解析した結果、ミヤコグサの水分屈性はシロイヌナズナに類似してオーキシンの極性輸送に依存せず、同じマメ科植物のエンドウとも異なる水分屈性制御機構を有することがわかった。
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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
MIZ1過剰発現体に顕著な表現型の差異を見出し、それにオーキシンのかかわることが明らかになり、また、miz1抑圧突然変異体、ならびにMIZ1と相互作用する分子の単離など、MIZ1の機能解明に向けて大きな成果を得た。トランスクリプトーム解析やフェムトレーザーを用いた細胞機能解析の実施が繰越になったが、MIZ1およびMIZ2の機能する細胞群を同定するための解析、MIZ2の機能解析、水分屈性機構の種間差解析も順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
基本的に当初の研究計画から大きな変更はないが、いくつかの計画の実施時期に変更があり、また、これまでの研究で新たに見出された知見に基づいて、新たな計画を追加する。
まず、MIZ1およびMIZ2 と相互作用する分子を同定するとともに、それらが機能する細胞群を特定する。そのため、GFPを利用してMIZ1およびMIZ2と相互作用する分子を探索し、それらの分子とMIZ1タンパク質の相互作用および得られた分子の水分屈性への関与を検証するのに加え、MIZ1およびMIZ2が機能する細胞群を特定するために、レーザーを用いた細胞破壊実験に加えて、エンハンサートラップ法による解析を進める。さらに、水分屈性突然変異体miz1、miz2を用いたトランスクリプトーム解析では、MIZ1過剰発現体やmiz1抑圧突然変異体（サプレッサー）を含めて実施する。また、同様な材料を用いて、プロテオーム解析を実施する。
これまでの研究でMIZ1がオーキシン量を負に調節している可能性、また、水分屈性へのオーキシンのかかわりは植物種によって異なる可能性がでてきた。これらの仕組みを解明するためのの解析を行い、根の水分屈性能を作物生産に応用する基盤を構築する。
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[Journal Article] Gravistimulation changes the accumulation pattern of the CsPIN1 auxin efflux facilitator in the endodermis of the transition zone in cucumber seedlings2012
Author(s)
C. Watanabe, N. Fujii, K. Yanai, T. Hotta, D-H. Kim, M. Kamada, Y. Sasagawa-Saito, T. Nishimura, T. Koshiba, Y. Miyazawa, K-M. Kim, H. Takahashi
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Journal Title
Plant Physiology
Volume: 158
Pages: 239-251
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Two spaceflight expreriments, Hydro Tropi and CsPINs, for the study of hydrotropism in seedling roots2011
Author(s)
H. Takahashi, M. Okamoto, K. Morohashi, C. Watanabe, Y. Miyazawa, N. Fujii, T. Yamazaki, A. Higashibata, N. Ishioka, T. Shimazu, Y. Fusejima, H. Kasahara, M. Kamada
Organizer
The 28th International Symposium on Space Technology and Science (ISTS)
Place of Presentation
沖縄
Year and Date
20110605-20110612
Invited
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