2021 Fiscal Year Annual Research Report
Plasticity of mineral element transport system in response to soil environmental fluctuations in plants
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21H05034
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
馬 建鋒 岡山大学, 資源植物科学研究所, 教授 (80260389)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山地 直樹 岡山大学, 資源植物科学研究所, 准教授 (00444646)
宮地 孝明 岡山大学, 自然生命科学研究支援センター, 研究教授 (40550314)
三谷 奈見季 岡山大学, 資源植物科学研究所, 准教授 (40581020)
菅 倫寛 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 教授 (60634920)
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| Project Period (FY) |
2021-07-05 – 2026-03-31
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| Keywords | イネ / トランスポーター / ミネラル輸送 / 環境変動 / 制御 / 根 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
イネ低親和性アンモニウム輸送体ファミリーに属する三種類のAMT1輸送体について詳しく機能解析を行った結果、アンモニウムに応答して、3種類のアンモニウム輸送体は遺伝子発現レベルだけではなく、タンパク質の細胞内局在にも変化があることを突き止めた。また3種類とも根において遠心側の細胞膜に極性局在をしていることを明らかにした。さらに3種類の輸送体遺伝子を同時に破壊すると、低アンモニウム条件下でアンモニウムの吸収がほとんどなくなり、この3種類の輸送体がアンモニウムの吸収を担っていることを示した。
イネのホウ素吸収は根の外皮細胞と内皮細胞の遠心側に極性局在するケイ酸/ホウ酸チャネルLsi1と向心側に局在するホウ酸排出輸送体OsBOR1が担っている。このうちLsi1の遺伝子発現やタンパク質はホウ素濃度の影響を受けないが、OsBOR1は過剰なホウ素に応答して素早くタンパク質が分解されることでホウ素の吸収を制御していることを明らかにした。またこのOsBOR1タンパク質の分解過程はシロイヌナズナのAtBOR1とは異なり、クラスリン非依存性経路によって行われていることを明らかにした。
イネの根のケイ素吸収には外皮細胞および内皮細胞に発現するLsi1、Lsi2に加えて、内鞘細胞に発現するケイ酸排出輸送体Lsi3も関与していることを明らかにした。数理モデル等を用いた解析により、Lsi3はケイ酸の導管へのローディングに最大で30%程度寄与し、特に外液のケイ酸濃度が低い場合に寄与率が高くなることが判った。その他に、オオムギから種子へのリンの転流に関わる輸送体HvSPDTを同定した。HvSPDTは環境中のリン酸濃度の変動に応答して遺伝子発現レベルが変わり、リン酸欠乏によって発現が上昇する。またHvSPDTは主に節の肥大維管束と分散維管束の木部と篩部に発現していた。この遺伝子を破壊すると、特にリン酸濃度が低い場合、種子へのリンの転流が大幅に減少した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初より早く環境変動に対するイネのミネラル輸送体の応答機構を解明し、論文として発表できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
共同研究者と緊密に連携して、新規植物ミネラル輸送体の同定と機能解析、環境応答機構の解明、結晶構造解析などを行う。
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[Presentation] Node-localized transporters of Phosphorus Essential for Seed Development in Rice2022
Author(s)
Che, J., Yamaji, N., Miyaji, T., Mitani-Ueno, N., Kato, Y., Shen, R. F. and Ma, J. F.
Organizer
第63回日本植物生理学会年会
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[Presentation] イネ由来ケイ酸チャネルによるケイ酸透過機構の構造基盤2021
Author(s)
齊藤 恭紀, 三谷(上野) 奈見季, 斉藤 圭亮, 松木 謙悟, 黄 勝, 楊 霊麗, 山地 直樹, 石北 央, 沈 建仁, 馬 建鋒, 菅 倫寛
Organizer
日本分子生物学会年会
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