ブラシノステロイド新規因子によるクロロフィル制御を介した葉緑体恒常性維持機構研究

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 23KJ1200
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 立花 諒 京都大学, 生命科学研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2023-04-25 – 2025-03-31
• Keywords: 葉緑体 / クロロフィル / 植物ホルモン / ブラシノステロイド / シグナル伝達 / 転写制御 / 恒常性 / ホメオスタシス

Outline of Annual Research Achievements

本年度は(1)BPG4の分子機能、(2)BRシグナルによるBPG4発現制御、(3)BPG4の生理学的意義を明らかにし、その内容を第一著者としてNature communicationsに報告することができた (Tachibana et al., 2024)。以下に今年度得られた研究成果の詳細を記す。
(1)これまでの研究により、BPG4はChl含量を低下させ葉緑体発達を抑制する機能を持つことが示唆されていたが、BPG4の詳細な分子機能については未解明だった。今年度はBPG4が葉緑体発達のマスター転写因子GLKsと相互作用することに着目して研究を行い、BPG4はGLKsのDNAに対する結合能力を低下させることによりGLKsの転写活性を抑制させることを明らかにした。
(2)BPG4は葉緑体制御に関わる新規BRシグナル伝達因子として単離された一方、BRシグナルとBPG4の関わりには未解明な領域が多く残されていた。今年度は、BRシグナル伝達のマスター転写因子であるBES1がBPG4発現を抑制することを明らかにした。
(3)(1)、(2)の研究成果により、BPG4はChl含量が増加するような環境(光照射・BR欠乏)において発現が誘導され、Chl含量を低下させる機能を持つことが明らかとなった。このBPG4の発現と機能の矛盾に着目し、BPG4の生理学的意義の解明を行った。その結果、BPG4が欠損すると強光条件下での活性酸素発生量が増加し、光合成活性が低下することが明らかとなった。この結果は、BPG4が過剰なChl蓄積を抑止することにより、葉緑体の恒常性を維持する機能を果たすことを示唆している。また、BPG4高発現体は強光照射時の活性酸素発生量が少なく光合成活性も高いまま維持されたことから、BPG4遺伝子を高発現させることにより、強光ストレスに強い植物が作出できる可能性が示唆された。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

葉緑体発達制御におけるBPG4の分子機能の同定に成功した。さらに、BRシグナル伝達によるBPG4発現制御メカニズムを解明できた。さらに、時空間的なBPG4発現様式を解明したことがきっかけとなり、BPG4の生理学的意義を明らかにすることに成功した。

Strategy for Future Research Activity

今年後得られたBPG4の立体構造をもとに、BPG4の分子機能において重要だと考察されたアミノ酸残基の機能解明に挑む。さらに、シロイヌナズナ、イネ、トマトにおけるBPG4の相同性遺伝子の機能解明を行うことにより、BPG4ファミリー全体の機能解明に挑む。

Causes of Carryover

旅費計算において、新幹線の運賃において学割で差し引かれる分を考慮しておらず、意図せずして当初の予定より使用額が減少してしまったため。

Research Products

• [Journal Article] BPG4 regulates chloroplast development and homeostasis by suppressing GLK transcription factors and involving light and brassinosteroid signaling (2024)
  • Author(s): Tachibana Ryo、Abe Susumu、Marugami Momo、Yamagami Ayumi、Akema Rino、Ohashi Takao、Nishida Kaisei、Nosaki Shohei、Miyakawa Takuya、Tanokura Masaru、Kim Jong-Myong、Seki Motoaki、Inaba Takehito、Matsui Minami、Ifuku Kentaro、Kushiro Tetsuo、Asami Tadao、Nakano Takeshi
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 15 Pages: -
  • DOI: 10.1038/s41467-023-44492-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] BIL9 Promotes Both Plant Growth via BR Signaling and Drought Stress Resistance by Binding with the Transcription Factor HDG11 (2024)
  • Author(s): Surina Surina、Yamagami Ayumi、Miyaji Tomoko、Chagan Zhana、Chung KwiMi、Mitsuda Nobutaka、Nishida Kaisei、Tachibana Ryo、Zhu Zhangliang、Miyakawa Takuya、Shinozaki Kazuo、Sakuta Masaaki、Asami Tadao、Nakano Takeshi
  • Journal Title: Plant And Cell Physiology Volume: - Pages: -
  • DOI: 10.1093/pcp/pcae009
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] BRZ-INSENSITIVE-LONG HYPOCOTYL8 inhibits kinase-mediated phosphorylation to regulate brassinosteroid signaling (2024)
  • Author(s): Zhana Chagan, Genki Nakata, Shin Suzuki, Ayumi Yamagami, Ryo Tachibana, Surina Surina, Shozo Fujioka, Minami Matsui, Tetsuo Kushiro, Takuya Miyakawa, Tadao Asami, Takeshi Nakano
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: - Pages: -
  • DOI: 10.1093/plphys/kiae191
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ブラシノステロイドと光に制御される新規因子BPG4による葉緑体恒常性維持機構 (2024)
  • Author(s): 立花諒、山上あゆみ、宮川拓也、伊福健太郎、浅見忠男、中野雄司
  • Journal Title: 光合成研究 Volume: - Pages: -
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ブラシノステロイド新規シグナル伝達因子BPG4 による葉緑体恒常性維持メカニズムの解明 (2024)
  • Author(s): 立花諒、阿部晋、丸上萌々、山上あゆみ、明間莉乃、大橋隆生、西田快世、野崎翔平、宮川拓也、田之倉優、Kim Jong-Myong、関原明、稲葉丈人、松井南、伊福健太郎、久城哲夫、浅見忠男、中野雄司
  • Organizer: 第65回日本植物生理学会年会
• [Presentation] 暗所誘導型新規遺伝子BGHsによる黄化芽生えにおける緑化順応制御機構の解析 (2024)
  • Author(s): 明間 莉乃、立花 諒、山上 あゆみ、田中 亮一、浅見 忠男、中野 雄司
  • Organizer: 第65回日本植物生理学会年会
• [Presentation] ブラシノステロイドシグナル伝達因子BPG4とGLK転写因子による葉緑体制御機構の生化学解析 (2024)
  • Author(s): 大橋 隆生、立花 諒、山上 あゆみ、宮川 拓也、中野 雄司
  • Organizer: 第65回日本植物生理学会年会
• [Presentation] ブラシノステロイド新規シグナル伝達因子BPG4による葉緑体ホメオスタシス維持メカニズムの解明 (2024)
  • Author(s): 立花諒、阿部晋、丸上萌々、山上あゆみ、明間莉乃、大橋隆生、西田快世、野崎翔平、宮川拓也、田之倉優、Kim Jong-Myong、関原明、稲葉丈人、松井南、伊福健太郎、久城哲夫、浅見忠男、中野雄司
  • Organizer: 日本農芸化学会2024年度大会
• [Presentation] BPG4 regulates chloroplast development and homeostasis by suppressing GLK transcription factors downstream light and brassinosteroid signaling in Arabidopsis (2024)
  • Author(s): Ryo Tachibana, Susumu Abe, Momo Marugami, Ayumi Yamagami, Rino Akema, Takao Ohashi, Kaisei Nishida, Shohei Nosaki, Takuya Miyakawa, Masaru Tanokura, Jong-Myong Kim, Motoaki Seki, Takehito Inaba, Minami Matsui, Kentaro Ifuku, Tetsuo Kushiro, Tadao Asami, Takeshi Nakano
  • Organizer: The 20th Biostudies Student Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 新規ブラシノステロイドシグナル伝達因子BPG4によるGLK転写因子を介したクロロフィル生合成制御メカニズムの解明 (2023)
  • Author(s): 立花 諒、 丸上 萌々、 阿部 晋、 山上 あゆみ、 野﨑 翔平、 宮川 拓也、 稲葉 丈人、 松井 南、 久城 哲夫、 浅見 忠男、 伊福 健太郎、 中野 雄司
  • Organizer: 第13回日本光合成学会年会およびシンポジウム
• [Presentation] 光とブラシノステロイドシグナルの下流で機能する新奇葉緑体制御因子 BPG4 による葉緑体恒常性維持メカニズムの解明 (2023)
  • Author(s): 立花 諒、 丸上 萌々、 阿部 晋、 山上 あゆみ、 野﨑 翔平、 宮川 拓也、 稲葉 丈人、 松井 南、 久城 哲夫、 浅見 忠男、 伊福 健太郎、 中野 雄司
  • Organizer: 第23回日本光生物学協会年会
• [Presentation] 新規ブラシノステロイドシグナル伝達因子BPG4による葉緑体恒常性維持メカニズムの解明 (2023)
  • Author(s): 立花 諒、山上 あゆみ、宮川 拓也、伊福 健太郎、中野 雄司
  • Organizer: 第19回京大植物縦横無尽の会 ワークショップ
  • Invited
• [Presentation] ブラシノステロイドシグナル伝達因子BPG4による葉緑体制御機構とその生理学的意義の解明 (2023)
  • Author(s): 立花 諒、 丸上 萌々、 阿部 晋、 山上 あゆみ、 野﨑 翔平、 宮川 拓也、 稲葉 丈人、 松井 南、 伊福 健太郎、 久城 哲夫、 浅見 忠男、 中野 雄司
  • Organizer: 植物化学調節学会第58回年会
• [Presentation] ブラシノステロイド新規シグナル伝達因子BGHsによる脱黄化時の緑化制御機構の解明 (2023)
  • Author(s): 明間 莉乃、立花 諒、山上 あゆみ、浅見 忠男、中野 雄司
  • Organizer: 植物化学調節学会第58回年会
• [Presentation] ブラシノステロイドシグナル伝達因子BPG4とGLK転写因子による葉緑体制御機構の構造生物学的解析 (2023)
  • Author(s): 大橋 隆生、立花 諒、山上 あゆみ、宮川 拓也、中野 雄司
  • Organizer: 植物化学調節学会第58回年会
• [Presentation] Analysis for the molecular mechanism of chloroplast development via BPGs,novel brassinosteroid signaling factors (2023)
  • Author(s): Ryo Tachibana, Susumu Abe, Momo Marugami, Ayumi Yamagami, Shohei Nosaki, Takuya Miayakwa, Takehito Inaba, Minami Matsui, Kentaro Ifuku, Ryouichi Tanaka, Tetsuo Kushiro, Tadao Asami, Takeshi Nakano
  • Organizer: The 33rd International Conference on Arabidopsis Research
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis for the molecular mechanism of chlorophyll biosynthesis regulation via BPGs,novel brassinosteroid signaling factors (2023)
  • Author(s): Ryo Tachibana, Susumu Abe, Momo Marugami, Ayumi Yamagami, Shohei Nosaki, Takuya Miayakwa, Takehito Inaba, Minami Matsui, Kentaro Ifuku, Ryouichi Tanaka, Tetsuo Kushiro, Tadao Asami, Takeshi Nakano
  • Organizer: The 24th International Conference on Plant Growth Substances
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis for the molecular mechanism of chloroplast development by brassinosteroid signaling (2023)
  • Author(s): Ryo Tachibana, Susumu Abe, Momo Marugami, Ayumi Yamagami, Shohei Nosaki, Takuya Miayakwa, Takehito Inaba, Minami Matsui, Kentaro Ifuku, Ryouichi Tanaka, Tetsuo Kushiro, Tadao Asami, Takeshi Nakano
  • Organizer: 15th International Conference on Tetrapyrrole Photoreceptors of Photosynthetic Organisms
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis for the molecular mechanism of chlorophyll biosynthesis regulation by brassinosteroid signaling (2023)
  • Author(s): Ryo Tachibana, Susumu Abe, Momo Marugami, Ayumi Yamagami, Shohei Nosaki, Takuya Miayakwa, Takehito Inaba, Minami Matsui, Kentaro Ifuku, Ryouichi Tanaka, Tetsuo Kushiro, Tadao Asami, Takeshi Nakano
  • Organizer: International Research Network France-Japan Frontiers in Plant Biology 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] BPG4 maintained chloroplast homeostasis downstream of light and brassinosteroid signaling (2023)
  • Author(s): Ryo Tachibana, Momo Marugami, Susumu Abe, Ayumi Yamagami, Syohei Nosaki,Takuya Miyakawa, Takehito Inaba, Minami Matsui, Tetsuo Kushiro, Tadao Asami, Kentaro Ifuku, Takeshi Nakano
  • Organizer: JSBBA KANSAI 10th Student Forum
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 葉緑体の発達を適正に制御する新しい因子を発見
  • URL: https://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research-news/2024-01-23-0