植物受容体様タンパク質による環境ストレス応答機構の分子基盤

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21580125
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 刑部 祐里子 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 講師 (50444071)
• Keywords: 受容体 / ストレス / シグナル伝達 / ペプチド

Research Abstract

我々は、乾燥などの水分ストレス時に重要な植物ホルモンアブシジン酸(ABA)の応答に関与する因子の一つとして、シロイヌナズナの細胞膜局在型レセプター様キナーゼRPK1が機能することを示してきた。RPK1タンパク質を高濃度に蓄積する過剰発現植物を作出し解析を行った結果、RPK1過剰発現植物は、ABAへの感受性が上昇し、RPK1過剰発現植物はストレス耐性能が向上していることが明らかになった。以上のことは、高く蓄積したRPK1タンパク質により情報伝達の増強が行われ、ストレス応答に関連するシグナルが下流因子に強く伝達されたことによると考えられた。RPK1過剰発現植物を用いたマイクロアレイ解析の結果、多数のストレス耐性獲得に機能すると考えられる遺伝子の発現が上昇していた。中でも、活性酸素種(Reactive Oxygen Species;ROS)に応答する遺伝子が多数存在しており、RPK1過剰発現植物では、酸化ストレスそのものに対しても高い耐性能を示した。ROSは気孔閉鎖におけるABAシグナル伝達経路において、二次メッセンジャーとして働くことが知られており、RPK1はROSの生成の調節を行うことで乾燥ストレス/ABAシグナル伝達経路に働くことが明らかになった。
さらに,我々は、水分ストレス応答性のシステインリッチリピート(CRR)-RLKサブファミリーに属する細胞質型キナーゼ遺伝子ARCK1に着目し、植物体中における解析を行った。ARCK1遺伝子発現は水分ストレス及びアブシジン酸(ABA)処理により主に葉で上昇し、sGRP-ARCK1タンパク質は細胞質に局在することが示された。arck1変異体は、ABAによる子葉緑化抑制に感受性を示した。ARCK1の相同性遺伝子である水分ストレス誘導性RLK遺伝子ARCK1-LIKE1(ARCL1)は、細胞外にCRRドメインを持つRLKである。ARCL1遺伝子は水分ストレスにより主に地上部で発現が誘導され、ARCL1-sGFP融合タンパク質は細胞膜に局在した。これら2因子の相互作用を解析した結果、酵母及び植物内で相互作用を示すことが明らかとなった。ARCK1は細胞膜上でARCL1と複合体を形成し、水分ストレスシグナル伝達を担う可能性が示唆された。

Research Products

• [Journal Article] Genetic engineering of woody plants ; current and future targets in a stressful environm (2011)
  • Author(s): Osakabe, Y., Kajita, S., Osakabe, K.
  • Journal Title: Physiologia Plantarum Volume: 142 Pages: 105-117
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Deficiency of end-protection activity altered a profile of error-prone endo-joining after ZFN-mediated cleavage in Arabidopsis. (2010)
  • Author(s): Osakabe, K., Osakabe, Y., Toki, S
  • Journal Title: Proc.Natl.Acad.Sci.USA Volume: 107 Pages: 12034-12039
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] RPK2/TOAD2 is an essential receptor-like kinase transmitting the CLV3 signal in Arabidopsis. (2010)
  • Author(s): Kinoshita, A., Betsuyaku, S., Osakabe, Y., Mizuno, S., Nagawa, S., Stahl, Y., Simon, R., Yamaguchi-Shinozaki, K.
  • Journal Title: Development Volume: 137 Pages: 3911-3920
  • Peer Reviewed
• [Presentation] シロイヌナズナの水分ストレス誘導性受容体様細胞質型キナーゼ遺伝子の機能解析 (2011)
  • Author(s): 田中秀典、刑部祐里子、桂彰吾、水野真二、篠崎一雄、篠崎和子
  • Organizer: 第52回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学(宮城)
  • Year and Date: 20110320-20110322
• [Presentation] 茎頂分裂組織におけるCLV3シグナル受容機構の解析 (2011)
  • Author(s): 木下温子、別役重之、刑部祐里子、篠崎和子、福田裕穂、澤進一郎
  • Organizer: 第52回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学(宮城)
  • Year and Date: 20110320-20110322
• [Presentation] シロイヌナズナの水分ストレス誘導性受容体様細胞質型キナーゼ遺伝子の機能解析 (2010)
  • Author(s): 田中秀典、刑部祐里子、桂彰吾、水野真二、篠崎一雄、篠崎和子
  • Organizer: 第33回日本分子生物学会年会・第83回日本生化学会大会合同大会(BMB2010)
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場(兵庫)
  • Year and Date: 20101207-20101210
• [Presentation] Functional analysis of stress-induced receptor-like cytosolic kinase gene in Arabidopsis (2010)
  • Author(s): Tanaka, H., Osakabe, Y., Katsura, S., Mizuno, S., Shinozaki, K., Yamaguchi-Shinozaki, K.
  • Organizer: Cold Spring Harbor Asia Conference : From Plant Biology to Crop Biotechnology
  • Place of Presentation: Suzhou, China
  • Year and Date: 20101025-20101029
• [Presentation] Control mechanism of osmotic stress response and plant growth by potassium transporter in Arabidopsis. (2010)
  • Author(s): Osakabe, Y., Katsura, S., Arinaga, N., Yamada, K., Tanaka, H., Seo, S., Kodaira, K., Shinozaki, K., Yamaguchi-Shinozaki, K.
  • Organizer: The 21st International Conference on Arabidopsis Research (ICAR 2010)
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川)
  • Year and Date: 20100606-20100610
• [Presentation] 植物の受容体型キナーゼによる環境ストレス応答と生長制御 (2010)
  • Author(s): 刑部祐里子
  • Organizer: 日本農芸化学会中四国支部 第3回農芸化学の未来開拓セミナー
  • Place of Presentation: 岡山大学(岡山)
  • Year and Date: 2010-05-07