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2013 Fiscal Year Annual Research Report

環境感覚を支える植物液胞動態とその適応機構

Planned Research

Project AreaEnvironmental sensing of plants: Signal perception, processing and cellular responses
Project/Area Number 22120006
Research InstitutionKobe University

Principal Investigator

三村 徹郎  神戸大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (20174120)

Project Period (FY) 2010-04-01 – 2015-03-31
Keywords液胞 / 小胞輸送 / 温度障害 / リン酸 / 病害応答 / セントポーリア / シロイヌナズナ / ポプラ
Outline of Annual Research Achievements

細胞内環境の維持と変動は、細胞内で生じるあらゆる生理機能の基盤的要素であり、無機イオン・代謝物質やタンパク質の濃度・分布として捉えることができる。本研究では、温度、塩ストレス時の水・イオン環境、必須栄養素のリン酸への応答、さらに病原体や共生微生物に着目し、細胞膜、および小胞体から液胞につながる単膜系オルガネラの構成要素である膜構造、構成タンパク質、あるいは低分子量代謝物質や無機イオン類が、これらの外部環境の変化に対してどのように変動するかを明らかにし、その分子機構を解析することを目的とした。平成25年度の研究成果として、1.アフリカ原産のセントポーリアの葉で、急激な温度降下により生じる柵状細胞の傷害が液胞膜の破壊によることを明らかにし、それが細胞内へのCa2+の流入によって引き起こされることを明らかにした。2.低リン環境で生育したシロイヌナズナ根が高リン環境に遭遇した際に短時間で発現する遺伝子にGFPをつないだ形質転換体を作成し、実際にリン遭遇に際し遺伝子発現が上昇することを確認した。また、ポプラが落葉時にリンを回収する機構についても解析を進め、冬季に幹に有機リン酸化合物としてフィチン酸が貯蔵されることを明らかにした。3.生物環境(病害)対する細胞応答系として、葉のオイルボディが抗菌物質を生産することを見いだした。通常オイルボディは脂質の集積部位として知られているが、今回葉のオイルボディの新たな機能が明らかになった。また、外部環境に対する細胞応答として、植物器官の屈性応答反応の調節を担っている組織を同定した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究課題では、領域の課題である「植物環境感覚」の理解のうち、主に温度感覚、化学物質感覚、さらに病害虫による病害感覚の研究を進めている。温度感覚として、セントポーリアの温度感受性については、温度差の大きい環境にさらされると短時間で柵状細胞の液胞が崩壊して、細胞質pHが低下し、細胞内のオルガネラが毀損されることを証明した。この温度感受性に関わる因子を単離細胞から明らかにすることを目指したが、インタクト細胞の単離が相当に困難だったため、植物組織を実験対象に代え、因子の一つとして、Ca2+が関与することを明らかにした。化学感覚では栄養塩として重要なリン酸イオン環境に注目して研究を進めているが、シロイヌナズナを用いて外部リン酸濃度が上昇するときに、極めて短時間で発現が上昇する複数の遺伝子を見出すことに成功した。これらの遺伝子のプロモーターにGFPをつなぎ、リン応答を再現することに成功した。また、ポプラでは落葉時に葉のリン酸が回収され、それが幹に有機リン酸として蓄えられることを野外および実験室の植物を用いて見出し、その有機物質がフィチン酸であることを証明した。病害感覚では、植物のオイルボディが、抗菌物質の蓄積に機能していることを初めて明らかにした。実験研究のため、全てが上手く進んでいる訳ではないが、全体としては概ね順調に進展していると思われる。

Strategy for Future Research Activity

1.セントポーリア温度感受性については、温度変化に依存したCa2+刺激に関与するイオンチャンネルの同定を進める予定である。既に阻害実験を始めており、候補因子を検討している。候補因子が確定した場合はその遺伝子単離を進める予定である。2.リン酸応答系については、シロイヌナズナのリン応答遺伝子の発現解析を進めるとともに、その上流遺伝子とリン認識の分子機構を探る。また、ポプラについては有機リン酸化合物の同定が終ったので、その細胞内蓄積機構、リン酸動態、リン酸代謝、輸送に関わる遺伝子の解析を進める。3.生物障害に関与するミロシン細胞の分化機構を明らかにするとともに、物理的・化学的環境刺激に対する植物の応答における細胞内膜系の役割について、応答異常を示す変異体を用いて、その分子機構を解明することを予定している。

  • Research Products

    (15 results)

All 2014 2013

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Acknowledgement Compliant: 5 results,  Open Access: 2 results) Presentation (9 results) (of which Invited: 2 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Establishment of a shortened annual cycle system; a tool for the analysis 1 of annual re-translocation of phosphorus in the deciduous woody plant (Populus alba L.).2014

    • Author(s)
      Kurita Yuko, Baba Kei’ichi, Ohnishi Miwa, Anegawa Aya, Shichijo Chizuko, Kosuge Keiko, Fukaki Hidehiro, Mimura Tetsuro
    • Journal Title

      Journal of Plant Research

      Volume: 127 Pages: 545-551

    • DOI

      10.1007/s10265-014-0634-2

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Extraction of Ions from Leaf Sections.2014

    • Author(s)
      Kurita Yuko, Kanno Satomi, Ohnishi Miwa, Mimura Tetsuro
    • Journal Title

      Bio-protocol

      Volume: 4 Pages: e1174

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Autoradiography of Pi Distribution in Barley Seedlings.2014

    • Author(s)
      Kanno Satomi, Kurita Yuko, Ohnishi Miwa, Mimura Tetsuro
    • Journal Title

      Bio-protocol

      Volume: 4 Pages: e1175

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] The Plant Organelles Database 3 (PODB3) update 2014: integrating electron micrographs and new options for plant organelle research.2014

    • Author(s)
      Mano Shoji, Nakamura Takanori, Kondo Maki, Miwa Tomoki, Nishikawa Shuh-ichi, Mimura Tetsuro Nagatani Akira, Nishimura Mikio
    • Journal Title

      Plant & Cell Physiology

      Volume: 55 Pages: e1(1-9)

    • DOI

      10.1093/pcp/pct140

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Studies on vacuolar membrane microdomains isolated from Arabidopsis suspension-cultured cells: Local distribution of vacuolar membrane proteins.2013

    • Author(s)
      Yoshida Katsuhisa, Ohnishi Miwa, Fukao Yoichiro, Okazaki Yozo, Fujiwara Masayuki, Song Chihong, Nakanishi Yoichi, Saito Kazuki, Shimmen Teruo, Suzaki Toshinobu, Hayashi Fumio, Fukaki Hidehiro, Maeshima Masayoshi, Mimura Tetsuro
    • Journal Title

      Plant & Cell Physiology

      Volume: 54 Pages: 1571-1584

    • DOI

      10.1093/pcp/pct107

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 植物におけるリン環境認識とリン利用の新しい視点2014

    • Author(s)
      三村徹郎,大西美輪,姉川彩,栗田悠子,岡田和哉,益田陽平,菅野里美,深城英弘,馬場啓一
    • Organizer
      (一社)日本植物生理学会第55回大会
    • Place of Presentation
      富山
    • Year and Date
      2014-03-18 – 2014-03-20
    • Invited
  • [Presentation] 質量顕微鏡による植物代謝産物の分布解析2014

    • Author(s)
      三村徹郎,姉川彩,山本浩太郎,大西美輪,深城英弘,山崎真巳,高橋勝利
    • Organizer
      (一社)日本植物生理学会第55回大会
    • Place of Presentation
      富山
    • Year and Date
      2014-03-18 – 2014-03-20
    • Invited
  • [Presentation] 落葉性木本植物のリン酸分配・転流機構の解析2014

    • Author(s)
      栗田悠子,馬場啓一,大西美輪,姉川彩,小菅桂子,七條千津子,石崎公庸,深城英弘,三村徹郎
    • Organizer
      (一社)日本植物生理学会第55回大会
    • Place of Presentation
      富山
    • Year and Date
      2014-03-18 – 2014-03-20
  • [Presentation] 急激な温度降下で生じるセントポーリア葉の傷害誘導メカニズム2014

    • Author(s)
      大西美輪,角浜憲明,高橋大輔,七條千津子,石崎公庸,深城英弘,上村松生,鈴木祥弘,三村徹郎
    • Organizer
      (一社)日本植物生理学会第55回大会
    • Place of Presentation
      富山
    • Year and Date
      2014-03-18 – 2014-03-20
  • [Presentation] 質量分析装置を用いたシロイヌナズナ植物体のオーキシン添加に応答する代謝変動解析2014

    • Author(s)
      姉川彩,大西美輪,高橋勝利,七條千津子,石崎公庸,深城英弘,三村徹郎
    • Organizer
      (一社)日本植物生理学会第55回大会
    • Place of Presentation
      富山
    • Year and Date
      2014-03-18 – 2014-03-20
  • [Presentation] シロイヌナズナ根端における33P 局在とリン酸応答性遺伝子の発現誘導2014

    • Author(s)
      菅野里美,岡田和哉,大西美輪,豊倉浩一,姉川彩,田野井慶太朗,中西友子,Laurent Nussaume,深城英弘,三村徹郎
    • Organizer
      (一社)日本植物生理学会第55回大会
    • Place of Presentation
      富山
    • Year and Date
      2014-03-18 – 2014-03-20
  • [Presentation] 落葉性木本植物のリン酸分配・転流機構の解析2013

    • Author(s)
      栗田悠子、馬場啓一、大西美輪、姉川彩、小菅桂子、七條千津子、石崎公庸、深城英弘、三村徹郎
    • Organizer
      (公社)日本植物学会第77回大会
    • Place of Presentation
      札幌
    • Year and Date
      2013-09-13 – 2013-09-15
  • [Presentation] 急激な温度降下で生じるセントポーリア葉の傷害誘導メカニズム2013

    • Author(s)
      大西美輪、角浜憲明、七條千津子、石崎公庸、深城英弘、鈴木祥弘、三村徹郎
    • Organizer
      (公社)日本植物学会第77回大会
    • Place of Presentation
      札幌
    • Year and Date
      2013-09-13 – 2013-09-15
  • [Presentation] シロイヌナズナ植物体のオーキシン添加に応答する代謝変動解析2013

    • Author(s)
      姉川彩、大西美輪、高橋勝利、七條 千津子、石崎公庸、深城英弘、三村徹郎
    • Organizer
      (公社)日本植物学会第77回大会
    • Place of Presentation
      札幌
    • Year and Date
      2013-09-13 – 2013-09-15
  • [Book] 光合成生物の進化と生命科学2014

    • Author(s)
      三村徹郎・川井浩史 監修
    • Total Pages
      194
    • Publisher
      培風館

URL: 

Published: 2016-06-01  

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