植物の乾燥環境適応に寄与する水分屈性分子機構の解明

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20370017
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 高橋 秀幸 Tohoku University, 大学院・生命科学研究科, 教授 (70179513)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤井 伸治 東北大学, 大学院・生命科学研究科, 准教授 (70272002) ; 宮沢 豊 東北大学, 大学院・生命科学研究科, 助教 (00342858)
• Keywords: シロイヌナズナ / 水分屈性 / MIZ1 / MIZ2 / GNOM / 重力屈性 / オーキシン / アブシジン酸(ABA) / 突然変異体

Research Abstract

これまで、水分屈性発現時に根冠でデンプンが分解すること、MIZ1およびMIZ2/GNOMが水分屈性に必須の分子であることを明らかにしてきた。MIZ2/GNOMは小胞輸送に機能するARF-GEFであり、MIZ1は機能未知のタンパク質である。そこで、水分屈性発現過程におけるMIZ1の作用点を同定することを目的として、水分屈性を欠損したmiz1、miz2および水分屈性の亢進が認められるMIZ1過剰発現体を用いた解析を行った結果、MIZ1は水分屈性発現過程において、水分勾配刺激依存的デンプン分解の下流、且つMIZ2/GNOMの上流で機能することが示唆された。また、miz2はGNOM機能のうち、水分屈性特異的に働く機能を欠損すると考えられるが、GEF活性中心に変異を持だないgnom^<B4049>、およびgnom^<R5>をそれぞれmiz2と交配したトランスヘテロ接合体は、いずれも水分屈性を完全に欠損していた。一方、GEF活性が失われたgnom^<emb30-1>とmiz2のトランスヘテロ接合体は、部分的に水分屈性を回復した。これらの結果から、水分屈性に必要なGNOM機能は、GEF活性以外にも存在することが示唆された。さらに、シロイヌナズナの重力屈性が異常な突然変異体の根の水分屈性を解析した結果、オーキシン誘導性遺伝子の転写の抑制因子をコードしているAXR2/IAA7の機能獲得型突然変異体であるaxr2突然変異体、およびオーキシン受容体を欠損したtirl afbl afb2 afb3四重突然変異体の根では、正常な水分屈性の発現が認められなかった。重力屈性異常を示すpgm、pin2、aux1突然変異体では、水分屈性が正常であるか、促進される傾向にあった。したがって、重力屈性と水分屈性では、刺激感受・情報伝達機構が異なるものの、いずれの発現にもオーキシン応答を必要とすることが示された。加えて、トランスクリプトーム解析の結果、水分屈性初期において、ABA応答および乾燥応答を介したシグナル伝達が重要な役割を担っており、そのシグナル伝達系は重力屈性および光屈性とは異なる新規なものであることが示唆された。

Research Products

• [Journal Article] (2010)
  • Author(s): 西村幹夫・三村徹郎・西村いくこ・真野昌二, 監修:永野惇文・桧垣匠文
  • Journal Title: Photobook植物細胞の知られざる世界(化学同人) Pages: 50-51
• [Journal Article] A molecular mechanism unique to hydrotropism in roots. (2009)
  • Author(s): Miyazawa Y, Ito Y, Moriwaki T, Kobayashi A, Fujii N, Takahashi H
  • Journal Title: Plant Science 177 Pages: 297-301
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] オーキシンによる植物の重力形態形成の制御機構に関する研究 (2009)
  • Author(s): 高橋秀幸
  • Journal Title: 植物の生長調節 44 Pages: 10-21
• [Presentation] シロイヌナズナMIZ1の水分屈性発現経路における作用点の同定 (2010)
  • Author(s): 宮沢豊, 森脇哲平, 内田真弓, 柿本洋子, 藤井伸治, 高橋秀幸
  • Organizer: 第51回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 熊本大学、熊本(ポスター発表)
  • Year and Date: 20100318-20100321
• [Presentation] 水分屈性欠損突然変異体miz2の遺伝子内相補性の解析 (2010)
  • Author(s): 森脇哲平, 宮沢豊, 藤井伸治, 高橋秀幸
  • Organizer: 第51回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 熊本大学、熊本(ポスター発表)
  • Year and Date: 20100318-20100321
• [Presentation] キュウリ芽生えの重力形態形成時におけるCsPIN1局在の重力応答性 (2010)
  • Author(s): 渡辺千秋, 藤井伸治, 宮沢豊, 高橋秀幸
  • Organizer: 第51回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 熊本大学、熊本(口頭発表)
  • Year and Date: 20100318-20100321
• [Presentation] シロイヌナズナの根における水分屈性に対する重力屈性のオーキシンを介した干渉作用 (2010)
  • Author(s): 藤井伸治, 陳南, 宮沢豊, 高橋秀幸
  • Organizer: 第51回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 熊本大学、熊本(口頭発表)
  • Year and Date: 20100318-20100321
• [Presentation] 花粉形成過程における高温障害は内生オーキシン量の低下に起因する (2010)
  • Author(s): 押野健, 津長雄太, 阪田忠, 矢野健太郎, 宮沢豊, 高橋秀幸, 渡辺正夫, 東谷篤志
  • Organizer: 第51回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 熊本大学、熊本(ポスター発表)
  • Year and Date: 20100318-20100321
• [Presentation] シロイヌナズナの水分屈性制御遺伝子MIZ1のヒメツリガネゴケにおける相同遺伝子PpMILの機能解析 (2010)
  • Author(s): 中村恵, 武智克彰, 宮沢豊, 立石千恵, 滝尾進, 島田昌幸, 高橋秀幸, 高野博嘉
  • Organizer: 第51回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 熊本大学、熊本(ポスター発表)
  • Year and Date: 20100318-20100321
• [Presentation] キュウリ芽生えの重力応答によりネガティブに制御される形態形成におけるオーキシン勾配制御 (2010)
  • Author(s): 藤井伸治, 渡辺千秋, 矢内健一, 宮沢豊, 西村岳志, 小柴共一, 山崎丘, 鎌田源司, 嶋津徹, 石岡憲昭, 高橋秀幸
  • Organizer: 宇宙利用シンポジウム(第26回)
  • Place of Presentation: 宇宙科学研究本部、相模原(口頭発表)
  • Year and Date: 20100125-20100126
• [Presentation] 「Hydro Tropi」宇宙実験へ向けた給水システムのパラボリックフライトによる検証 (2010)
  • Author(s): 宮沢豊, 岡本美貴, 山崎丘, 鎌田源司, 藤井伸治, 嶋津徹, 石岡憲昭, 高橋秀幸
  • Organizer: 宇宙利用シンポジウム(第26回)
  • Place of Presentation: 宇宙科学研究本部、相模原(口頭発表)
  • Year and Date: 20100125-20100126
• [Presentation] フロンティア生物の戦略-植物の成長と重力受容システム- (2010)
  • Author(s): 高橋秀幸, 上田純一, 田坂昌生, 森田美代, 藤井伸治, 宮本健助, 宮沢豊, 飯野盛利, 金子康子, 鎌田源司, 保尊隆享, 神阪盛一郎, 山下雅道, 北宅善昭, 村田隆, 曽我康一
  • Organizer: 宇宙利用シンポジウム(第26回)
  • Place of Presentation: 宇宙科学研究本部、相模原(口頭発表)
  • Year and Date: 20100125-20100126
• [Presentation] キュウリ芽生えの重力形態形成に伴うCsPIN1の局在変動とIAA動態変化の解析 (2009)
  • Author(s): 渡辺千秋, 藤井伸治, 西村岳志, 宮沢豊, 小柴共一, 高橋秀幸
  • Organizer: 植物化学調節学会第44回大会
  • Place of Presentation: 東北大学、仙台(ポスター発表)
  • Year and Date: 20091029-20091030
• [Presentation] 高温ストレスによるオーキシンの減少が雄性不稔を誘発する (2009)
  • Author(s): 阪田忠, 三浦慎也, 押野健, 苫米地真理, 津長雄太, 矢野健太郎, 宮沢豊, 高橋秀幸, 渡辺正夫, 東谷篤志
  • Organizer: 植物化学調節学会第44回大会
  • Place of Presentation: 東北大学、仙台(ポスター発表)
  • Year and Date: 20091029-20091030
• [Presentation] Parabolic-flight experiments with water- and salt-solution-delivery systems developed for the study of root hydrotropism in space. (2009)
  • Author(s): 岡本美貴, 宮沢豊, 山崎丘, 鎌田源司, 藤井伸治, 嶋津徹, 石岡憲昭, 高橋秀幸
  • Organizer: 日本宇宙生物科学会第23回大会
  • Place of Presentation: 筑波宇宙センター、つくば(口頭発表)
  • Year and Date: 20091002-20091003
• [Presentation] The interference of gravitropism with hydrotropism in Arabidopsis roots (2009)
  • Author(s): 陳南, 藤井伸治, 宮沢豊, 高橋秀幸
  • Organizer: 日本宇宙生物科学会第23回大会
  • Place of Presentation: 筑波宇宙センター、つくば(口頭発表)
  • Year and Date: 20091002-20091003
• [Presentation] Genetic manipulation of root hydrotropism for effective water supply in microgravity. (2009)
  • Author(s): 宮沢豊, 内田真弓, 柿本洋子, 小林啓恵, 藤井伸治, 高橋秀幸
  • Organizer: 日本宇宙生物科学会第23回大会
  • Place of Presentation: 筑波宇宙センター、つくば(ポスター発表)
  • Year and Date: 20091002-20091003
• [Presentation] A genetic screen of suppressor of ahydrotropic mutant, miz1-1, in Arabidopsis. (2009)
  • Author(s): Iwata S, Uchida M, Miyazawa Y, Fujii N, Takahashi H
  • Organizer: 日本宇宙生物科学会第23回大会
  • Place of Presentation: 筑波宇宙センター、つくば(ポスター発表)
  • Year and Date: 20091002-20091003
• [Presentation] Is gravitropic response required for shoot circumnutation in grasses? (2009)
  • Author(s): Tomita Y, Abe K, Fujii N, Miyazawa Y, Takahashi H
  • Organizer: 日本宇宙生物科学会第23回大会
  • Place of Presentation: 筑波宇宙センター、つくば(ポスター発表)
  • Year and Date: 20091002-20091003
• [Presentation] コムギ深播き耐性に関与する第一節間の組織特異的なジベレリン応答 (2009)
  • Author(s): 加藤文恵, 宮沢豊, 荒木優, 藤井伸治, 菅洋, 武田和義, 高橋秀幸
  • Organizer: 日植物学会第73回大会
  • Place of Presentation: 山形大学、山形(口頭発表)
  • Year and Date: 20090918-20090920
• [Presentation] 水分屈性制御分子MIZ1の光依存的発現制御と水分屈性発現能の関係 (2009)
  • Author(s): 森脇哲平, 小林啓恵, 宮沢豊, 藤井伸治, 高橋秀幸
  • Organizer: 日植物学会第73回大会
  • Place of Presentation: 山形大学、山形(口頭発表)
  • Year and Date: 20090918-20090920
• [Presentation] シロイヌナズナにおける水分屈性制御遺伝子MIZ1の過剰発現個体の生理学的解析 (2009)
  • Author(s): 宮沢豊, 内田真弓, 柿本洋子, 小林啓恵, 藤井伸治, 高橋秀幸
  • Organizer: 日植物学会第73回大会
  • Place of Presentation: 山形大学、山形(口頭発表)
  • Year and Date: 20090918-20090920
• [Presentation] シロイヌナズナのaux1突然変異体の根のオーキシン抵抗性を高めるenhancer of aux1突然変異の特性解析 (2009)
  • Author(s): 藤井伸治, 菅野祐司, 山口弘子, 宮沢豊, 高橋秀幸
  • Organizer: 日植物学会第73回大会
  • Place of Presentation: 山形大学、山形(ポスター発表)
  • Year and Date: 20090918-20090920
• [Presentation] Identification of genes responsible for root hydrotropism in Arabidopsis roots (2009)
  • Author(s): 宮沢豊, 藤井伸治, 高橋秀幸
  • Organizer: Plant Biology 2009
  • Place of Presentation: Hawaii Convention Center, Honolulu, Hawaii, USA(口頭発表)
  • Year and Date: 20090718-20090722
• [Presentation] GNOM-mediated vesicular trafficking plays an essential role in hydrotropism of Arabidopsis roots. (2009)
  • Author(s): Miyazawa Y, Takahashi H, Kobayashi A, Kaneyasu T, Fujii N, Takahashi H
  • Organizer: Plant Biology 2009
  • Place of Presentation: Hawaii Convention Center, Honolulu, Hawaii, USA(ポスター発表)
  • Year and Date: 20090718-20090722
• [Presentation] Auxin reduction is a primary cause of high temperature injury to male reproductive development (2009)
  • Author(s): 東谷篤志, 阪田忠, 三浦慎也, 押野健, 苫米地真理, 津長雄太, 矢野健太郎, 宮沢豊, 高橋秀幸, 渡辺正夫
  • Organizer: Plant Biology 2009
  • Place of Presentation: Hawaii Convention Center, Honolulu, Hawaii(ポスター発表)
  • Year and Date: 20090718-20090722
• [Presentation] 重力が影響する植物の成長現象を理解するための宇宙実験 (2009)
  • Author(s): 高橋秀幸
  • Organizer: 岡山大学創立60周年記念事業 第26回資源生物科学国際シンポジウム「宇宙植物科学研究最前線」
  • Place of Presentation: 岡山大学、岡山
  • Year and Date: 2009-11-28
• [Presentation] 陸上植物の水獲得戦略-根の伸長方向を制御する屈性機構- (2009)
  • Author(s): 高橋秀幸
  • Organizer: 園芸学会平成21年度秋季大会シンポジウム「園芸作物における水分生理」
  • Place of Presentation: 秋田大学、秋田
  • Year and Date: 2009-09-26
• [Presentation] 微小重力下において植物根の水分屈性発現機構を解析する宇宙実験「Hydro Tropi」の実験系構築 (2009)
  • Author(s): 宮沢豊, 岡本美貴, 山崎丘, 鎌田源司, 嶋津徹, 石岡憲昭, 藤井伸治, 高橋秀幸
  • Organizer: 第6回東北大学バイオサイエンスシンポジウム
  • Place of Presentation: 仙台国際センター、仙台(ポスター発表)
  • Year and Date: 2009-06-16
• [Presentation] 「きぼう」船内実験室第2期利用選定テーマ「植物の重力依存的成長制御を担うオーキシン排出キャリア動態の解析」 (2009)
  • Author(s): 藤井伸治, 矢内健一, 渡辺千秋, 諸橋恵太, 岡本美貴, 山崎丘, 石岡憲昭, 嶋津徹, 宮沢豊, 高橋秀幸
  • Organizer: 第6回東北大学バイオサイエンスシンポジウム
  • Place of Presentation: 仙台国際センター、仙台(ポスター発表)
  • Year and Date: 2009-06-16
• [Presentation] 微小重力下における根の水分屈性とオーキシン制御遺伝子の発現 (2009)
  • Author(s): 高橋秀幸
  • Organizer: 第2回東北大学バイオフォーラム
  • Place of Presentation: 東京ステーションコンファレンス、東京
  • Year and Date: 2009-06-05