植物の細胞機能や発生・分化における細胞壁多糖・糖タンパク質の機能の解明

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Plant cell wall as information-processing system
• Project/Area Number: 24114006
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 佐藤 忍 筑波大学, 生命環境系, 教授 (70196236)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 円谷 陽一 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (10142233) ; 小竹 敬久 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (20334146) ; 岩井 宏暁 筑波大学, 生命環境系, 准教授 (30375430)
• Project Period (FY): 2012-06-28 – 2017-03-31
• Keywords: 細胞壁 / ペクチン / 組織癒合 / 導管液 / アラビノガラクタン / プロテオグリカン

Outline of Annual Research Achievements

①発生・発達過程における細胞壁マトリックス多糖の機能：イネの花器官形成や稔実性に異常が観察されたアラビノース転移酵素、GRP、THRGP、ペクチンメチル化関連酵素遺伝子のRNAiおよび変異体について、相補性試験を含めた解析を進める。また、細胞壁に変化が確認された細胞壁改変イネについて、種々の環境ストレス耐性について調査を行う。Ca欠乏下のトマト果実の成熟過程における組織別の細胞壁架橋の変化について調査を行う。
②組織癒合と器官間相互作用におけるアポプラストの機能：シロイヌナズナ花茎の組織癒合過程で， PDCB（Callose binding plasmodesmal neck protein）およびMMP (Matrix metalloproteinase)の発現および機能解析を進めた。ポプラの導管液中で冬季に増加するタンパク質XSP25, XSP24およびグCIN（Cell wall invertase）とSWEET（ショ糖排出トランスポーター）に関して，短日に反応する遺伝子と低温に反応する遺伝子に分かれることが判明した。
③細胞間情報分子としてのプロテオグリカンの機能：ダイコンのAGP糖鎖にL-Fucを含む新規な構造が含まれていることを明らかにした。また、AGP糖鎖分解酵素遺伝子を利用して植物生体体内でAGP糖鎖をオリゴ糖に分解したところ、胚軸の成長が著しく阻害され、AGP糖鎖が情報分子として働くことが示唆された。イネ培養細胞では，糖鎖末端に4-メチルGlcAとL-Araを含みβ-1,6-ガラクタン鎖長が６以上のオリゴ糖が，病害応答反応を誘導することがわかった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

当初予定した細胞壁多糖やタンパク質等の機能に関する研究が順調に進展し、8編の論文を発表することができたので。

Strategy for Future Research Activity

①イネの花器官形成や稔実性に異常が観察されたアラビノース転移酵素、グリシンリッチタンパク質、スレオニンリッチタンパク質、ペクチンメチル化関連酵素遺伝子のRNAiおよび変異体について、相補性試験を含めた解析を進める。また、細胞壁に変化が確認されたアラビノフラノシダーゼ、ペクチン分解酵素過剰発現イネについて、種々の環境ストレス耐性について調査を行う。カルシウム欠乏下のトマト果実の成熟過程における組織別の細胞壁架橋の変化について調査を行う。
②シロイヌナズナ花茎の組織癒合過程で，ジャスモン酸やLAP2.6L-TF等によって制御を受けるPDCB（Callose binding plasmodesmal neck protein）の発現およびタンパク質の動態解析を進める。また，欠損変異体で癒合部の細胞分裂が促進されることが判明しているMMP (Matrix metalloproteinase)の発現およびその標的タンパク質の解析を進める。ポプラの導管液中で冬季に増加するタンパク質や糖質に関わる遺伝子に関して，発現解析および機能解析を進める。
③AGP糖鎖から調製したオリゴ糖がイネの培養細胞で病害応答反応を引き起こすことが分かったのでこのオリゴ糖の構造解析を進め、生理活性を持つ糖鎖構造を決定する。また、AGP糖鎖を分解・遊離させる酵素を発現させたシロイヌナズナは胚軸の成長が著しく阻害されるので、成長阻害が起きるメカニズムをAGP糖鎖や遊離オリゴ糖の構造解析と遺伝子発現解析から明らかにする。

Research Products

• [Journal Article] Regulatory Specialization of Xyloglucan and Glucuronoarabinoxylan in Pericarp Cell Walls during Fruit Reipening in Tomato (Sonalum lycopersicum) (2014)
  • Author(s): Takizawa, A., Hyodo, H., Wada, K., Ishii, T., Satoh, S. and Iwai, H.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 9 Pages: -
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0089871
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] UDP-Arabinopyranose Mutase 3 is Required for Pollen Wall Morphogenesis in Rice (Oryza sativa) (2014)
  • Author(s): Sumiyoshi, M., Inamura, T., Nakamura, A., Aohara, T., Ishii, T., Satoh, S., Iwai, H.
  • Journal Title: Plant and Cell Physiol Volume: 56 Pages: 232-241
  • DOI: 10.1093/pcp/pcu132
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] ARF6 and ARF8 contribute to tissue reunion in incised Arabidopsis inflorescence stems (2014)
  • Author(s): W. Pitaksaringkarn, S. Ishiguro, M. Asahina, S. Satoh
  • Journal Title: Plant Biotechnology Volume: 31 Pages: 49-53
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.13.1028b
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Gibberellin-induced expression of Fe-uptake-related genes in Arabidopsis (2014)
  • Author(s): K. Matsuoka, J. Furukawa, H. Bidadi, M. Asahina, S. Yamaguchi, S. Satoh
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 55 Pages: 87-98
  • DOI: 10.1093/pcp/pct160
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] CLE6 expression recovers gibberellin deficiency to promote shoot growth in Arabidopsis (2014)
  • Author(s): H. Bidadi, K. Matsuoka, K. Sage-Ono, J. Fukushima, W. Pitaksaringkarn, M. Asahina, S. Yamaguchi, S. Sawa, H. Fukuda, Y. Matsubayashi, M. Ono, S. Satoh
  • Journal Title: The Plant Journal Volume: 78 Pages: 241-252
  • DOI: 10.1111/tpj.12475
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] XTH20 and XTH19 regulated by ANAC071 under auxin flow are involved in cell proliferation in incised Arabidopsis inflorescence stems. (2014)
  • Author(s): W. Pitaksaringkarn, K. Matsuoka, M. Asahina, K. Miura, K. Sage-Ono, M. Ono, R. Yokoyama, K. Nishitani, T. Ishii, H. Iwai, S. Satoh
  • Journal Title: The Plant Journal Volume: 80 Pages: 604-614
  • DOI: 10.1111/tpj.12654
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Enzymatic activity and substrate specificity of the recombinant tomato β-galactosidase 1 (2014)
  • Author(s): Masahiro Eda, Megumi Ishimaru, Toshiji Tada, Tatsuji Sakamoto, Toshihisa Kotake, Yoichi Tsumuraya, Andrew J Mort AJ, Kenneth C Gross
  • Journal Title: J. Plant Physiol. Volume: 171 Pages: 1454-1460
  • DOI: 10.1016/j.jplph.2014.06.010
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Enzymatic fragmentation of carbohydrate moieties of radish arabinogalactan-protein and elucidation of the structures. (2014)
  • Author(s): Ryohei Shimoda, Kohe Okabe, Toshihisa Kotake, Koji Matsuoka, Tetsuo Koyama, Theodora Tryfona, HuiChangLiang, Paul Dupree, Yoichi Tsumuraya
  • Journal Title: Biosci. Biotechnol. Biochem Volume: 78 Pages: 818-831
  • DOI: 10.1080/09168451.2014.910100
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] ペクチン分解酵素過剰発現イネの環境ストレス応答解析 (2015)
  • Author(s): 小原崇司、佐藤純也、長谷川和也、中村敦子、横山隆亮、西谷和彦、南栄一、佐藤忍、岩井宏暁
  • Organizer: 第５６回日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 東京都、世田谷区、東京農業大学世田谷キャンパス
  • Year and Date: 2015-03-18
• [Presentation] イネの発達過程におけるペクチンメチル基転移酵素PMTの機能解析 (2015)
  • Author(s): 鎌田志保美、長谷川和也、青原勉、中村敦子、砂川直輝、五十嵐圭日子、佐藤忍、岩井宏暁
  • Organizer: 第５６回日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 東京都、世田谷区、東京農業大学世田谷キャンパス
  • Year and Date: 2015-03-16
• [Presentation] Ca欠乏条件下のトマト果実成熟過程における細胞壁マトリックス多糖類の合成制御機構の解析 (2014)
  • Author(s): 宮地桃子、胡清、瀧沢彩水、兵頭洋美、佐藤忍、岩井宏暁
  • Organizer: 日本植物学会第７８回大会
  • Place of Presentation: 神奈川県、川崎市、明治大学生田キャンパス
  • Year and Date: 2014-09-12
• [Presentation] Control of the expression of genes for xylem sap proteins and sugars by environmental factors in Populus trichocarpa (2014)
  • Author(s): T. Aohara, H. Mizuno, J. Furukawa, S. Satoh
  • Organizer: 6th Int. Symp. on Physiological Processes in Roots of Woody Plants
  • Place of Presentation: 愛知県、名古屋市、名古屋大学シンポジオン
  • Year and Date: 2014-09-08
• [Presentation] XTH20 and XTH19 controlled by ANAC071 under auxin flow are involved in cell proliferation in incised Arabidopsis inflorescence stems (2014)
  • Author(s): W. Pitaksaringkarn, M. Asahina, K. Miura, K. Matuoka, K. Sage-Ono, M. Ono, R. Yokoyama, K. Nishistani, S. Satoh
  • Organizer: 5th Int. Conf. Plant Cell Wall Biology
  • Place of Presentation: ケアンズ、オーストラリア、Hotel Grand Chancellor Palm Cove
  • Year and Date: 2014-07-27
• [Presentation] Purification of a protease acting on the core-protein of AGP from winter mushroom (2014)
  • Author(s): Y. Yoshimi, Y. Sugawara, S. Kaneko, K. Igarashi, C. Hori, N. Dohmae, T. Kotake, Y. Tsumuraya
  • Organizer: 5th Int. Conf. Plant Cell Wall Biology
  • Place of Presentation: ケアンズ、オーストラリア、Hotel Grand Chancellor Palm Cove
  • Year and Date: 2014-07-27
• [Presentation] Brittle culm 4 mutant decreases in secondary cell wall formation in rice (2014)
  • Author(s): M. Yamaguchi, A. Sato, M. Yoshimura, T. Kurata, M. Kawai-Yamada, S. Kawasaki, Y. Tsumuraya, T. Kotake
  • Organizer: 5th Int. Conf. Plant Cell Wall Biology
  • Place of Presentation: ケアンズ、オーストラリア、Hotel Grand Chancellor Palm Cove
  • Year and Date: 2014-07-27
• [Presentation] The target structure for Yariv reagent in arabinogalactan-proteins (2014)
  • Author(s): T. Kotake, K. Kitazawa, K. Sato, T. Tryfona, Y. Yoshimi, Y. Hayashi, S. Kawauchi, L. Antonov, H. Tanaka, T. Takahashi, S. Kaneko, P. Dupree, Y. Tsumuraya
  • Organizer: 5th Int. Conf. Plant Cell Wall Biology
  • Place of Presentation: ケアンズ、オーストラリア、Hotel Grand Chancellor Palm Cove
  • Year and Date: 2014-07-27
• [Remarks]
  • URL: http://www.biol.tsukuba.ac.jp/~plphys/iwaihomepage/hiroiwaiindex.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.biol.tsukuba.ac.jp/~plphys/shinobuhomepage/SSindex.html
• [Remarks]
  • URL: http://park.saitama-u.ac.jp/~seitaibusshitsu/index.html