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2015 Fiscal Year Research-status Report

気孔葉緑体シグナルの探索および新奇気孔葉緑体形成因子の機能解析

Research Project

Project/Area Number 15K18556
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

祢宜 淳太郎  九州大学, 理学(系)研究科(研究院), 研究員 (70529099)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2018-03-31
Keywords気孔 / 葉緑体
Outline of Annual Research Achievements

気孔は一対の孔辺細胞からなり、孔辺細胞には葉緑体が存在する。孔辺細胞における葉緑体の機能については諸説あるが、不明な点が多い。また気孔葉緑体の形成メカニズムも全く分っていない。そこで、気孔における葉緑体の役割を明らかにするために、気孔の葉緑体の自家蛍光がほとんど観察されない変異体gles1を単離した。この変異体では、CO2及び光に対する気孔応答性が低下していることが分かり、ABAに対する応答性はほぼ正常であった。さらに気孔閉鎖を促すS型陰イオンチャネルの活性が、CO2特異的に阻害されることが分かった。気孔葉緑体が、気孔開閉メカニズムにおいて、重要な役割を果たしていることが示唆されたが、どのように孔辺細胞内のイオンバランス制御に関わっているのか、その仕組みは不明である。 そこで、光やCO2などの環境シグナルを感知した気孔葉緑体は、葉緑体シグナルをイオンチャネルやポンプなどに伝えてイオンバランス制御をするという作業仮説をたてた。葉緑体シグナルの実体を明らかにするため、まずイオンチャネルの活性制御に関わると考えられているATP及びカルシウムに着目し、その濃度変化を明らかにすることにした。ATP及びカルシウムセンサータンパクを発現させた植物を用いて、環境刺激を与えたときの、孔辺細胞内の濃度変化をリアルタイムでモニターした結果、HCO3-刺激を加えることで、一過的に孔辺細胞内のカルシウム濃度が上昇することが分かった。一方、ATP濃度に関しては大きく変化しないことが示唆された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

気孔の葉緑体が気孔開閉制御に重要な役割を果たしていることを明らかにした。また、研究目標としていた孔辺細胞内のATP及びカルシウムイオン濃度変化をリアルタイムでモニターする実験系を構築することができた。この実験系を用いて、気孔の葉緑体分化が阻害されたgles1変異体を解析することで、葉緑体シグナルの一端が明らかになると期待される。

Strategy for Future Research Activity

カルシウムセンサータンパクを発現させたgles1変異体を用いて、環境刺激を与えた際のイオン濃度変化をモニターし、気孔葉緑体がカルシウムシグナルに関与しているのかを精査する。また、変異体の原因遺伝子の機能解析を進めることで、気孔葉緑体形成の分子メカニズムを明らかにする。

Causes of Carryover

物品費の使用額が当初の予定よりも少なく済んだため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

次年度で、遺伝子工学試薬を使った実験を多数計画しているので、その実験にあてる予定である。

  • Research Products

    (10 results)

All 2016 2015 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 4 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] University of California at San Diego(U.S.A.)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      University of California at San Diego
  • [Journal Article] CO2 sensing and stomatal conductance regulation: advances and open questions.2016

    • Author(s)
      Engineer, C., Hashimoto-Sugimoto, M., Negi, J., Rappel, W-J., Iba, K. and Schroeder, J.
    • Journal Title

      Trends Plant Sci.

      Volume: 21 Pages: 16-30

    • DOI

      doi: 10.1016/j.tplants.2015.08.014

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] The transmembrane region of guard cell SLAC1 channels perceives CO2 signals via an ABA-independent pathway in Arabidopsis.2016

    • Author(s)
      Yamamoto, Y., Negi, J., Wang, C., Isogai, Y., Schroeder, J.I. and Iba, K.
    • Journal Title

      Plant Cell

      Volume: 28 Pages: 557-567

    • DOI

      doi: 10.​1105/​tpc.​15.​00583

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Enhanced stomatal conductance by a spontaneous Arabidopsis tetraploid, Me-0, results from increased stomatal size and greater stomatal aperture.2016

    • Author(s)
      Monda, K., Araki, H., Kuhara, S., Ishigaki, G., Akashi, R., Negi, J., Kojima M., Sakakibara, H., Takahashi, S., Hashimoto-Sugimoto, M., Goto, N. and Iba, K.
    • Journal Title

      Plant Physiol.

      Volume: 170 Pages: 1435-1444

    • DOI

      doi: ​10.​1104/​pp.​15.​01450

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Dominant and recessive mutations in the Raf-like kinase HT1 gene completely disrupt stomatal responses to CO2.2016

    • Author(s)
      Hashimoto-Sugimoto, M., Negi, J., Monda, K., Higaki, T., Isogai, Y., Nakano, T., Hasezawa, S. and Iba, K.
    • Journal Title

      J.Exp. Bot.

      Volume: 未定 Pages: 未定

    • DOI

      doi:10.1093/jxb/erw134

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] A rate-limiting enzyme in phosphatidylethanolamine biosynthesis, PECT1, is involved in the stomatal movement in Arabidopsis2016

    • Author(s)
      Juntaro Negi, Makoto Okabe, Yuhei Ono, Natsumi Hoshino, Ikuo Nishida, Koh Iba
    • Organizer
      第57回日本植物生理学会
    • Place of Presentation
      盛岡(岩手大学)
    • Year and Date
      2016-03-18 – 2016-03-20
  • [Presentation] 気孔の環境応答及び形成の分子機構の解明2015

    • Author(s)
      祢冝淳太郎
    • Organizer
      第33回日本植物細胞分子生物学会
    • Place of Presentation
      東京(東京大学)
    • Year and Date
      2015-08-10 – 2015-08-12
    • Invited
  • [Presentation] 気孔葉緑体変異体gles1はCO2によるS型陰イオンチャネル活性制御に異常を持つ2015

    • Author(s)
      祢冝淳太郎, 楠見健介, 宗正晋太郎, 藤田麻友美, Julian Schroeder, 射場 厚
    • Organizer
      第33回日本植物細胞分子生物学会
    • Place of Presentation
      東京(東京大学)
    • Year and Date
      2015-08-10 – 2015-08-12
  • [Presentation] CO2 activation of the guard cell S-type anion channel is impaired in an Arabidopsis mutant with non-chlorophyllous stomata2015

    • Author(s)
      Juntaro Negi, Kensuke Kusumi, Shintaro Munemasa, Mayumi Fujita, Julian Schroeder, Koh Iba
    • Organizer
      26th International Conference on Arabidopsis Research
    • Place of Presentation
      Paris, France
    • Year and Date
      2015-07-05 – 2015-07-09
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 九州大学大学院・理学研究院・植物生理学講座

    • URL

      http://www.biology.kyushu-u.ac.jp/~plant/

URL: 

Published: 2017-01-06  

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