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2012 Fiscal Year Annual Research Report

細胞膜の不均質性の意義:低温環境応答機構への関与を例として

Research Project

Project/Area Number 24370018
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Research InstitutionIwate University

Principal Investigator

上村 松生  岩手大学, 農学部, 教授 (00213398)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 河村 幸男  岩手大学, 農学部, 准教授 (10400186)
Project Period (FY) 2012-04-01 – 2016-03-31
Keywords細胞膜 / マイクロドメイン / 低温応答 / 脂質組成 / タンパク質組成
Research Abstract

本研究は、近年注目を浴びつつある植物における「細胞膜の不均質性=細胞膜マイクロドメイン」が環境(特に低温)ストレス応答に果たす役割を理解することを目的としている。平成24年度は、以下の2点について研究成果を得た。
1凍結耐性と細胞膜脂質組成が異なるイネ科作物(ライムギとカラスムギ)を用いて、細胞膜及び細胞膜マイクロドメインのプロテオームとリピドーム解析を実施した。その結果、両種での低温応答プロテオーム構成は類似している部分と大きく異なる部分があることが明らかになり、凍結耐性獲得能力と関連しているタンパク質・脂質グループがあることが明らかになった。
2低温馴化過程で細胞膜マイクロドメイン中に誘導されるエンドサイトーシス関連のダイナミン様タンパク質(DRPlE)発現変異シロイヌナズナ(欠損体と相補発現体)を使い、凍結耐性や細胞膜プロテオームに与えるDRPIEの影響を解析した。その結果、低温馴化後、DRPlE欠損体では凍結耐性が野生型と同程度まで上昇しないこと、また、細胞膜プロテオームにおいても、特異的にDRPIE欠損によって低温誘導性変動が押さえられるものが存在することが明らかになった。また。DRPIE欠損体に野生型DRPIE遺伝子を相補したものでは、低温馴化による凍結耐性上昇が野生型と同程度であることも明らかになった。以上の結果から、DRPIEタンパク質が関わる低温下でのエンドサイトーシス系により細胞膜プロテオーム改変の一部が制御されており、それが機能しない場合に凍結耐性の上昇が十分に起こらないことが考えられた。
また、特異的ステロール除去剤(メチル-β-シクロデキストリン)による細胞膜ステロール脂質を除去、あるいは、含量低下させた場合の細胞の凍結耐性、凍結融解過程に対する影響を調査するための実験系構築を進めた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

「細胞膜の不均質性」と植物における環境ストレス応答機構との関係を理解することを目的とする本研究では、細胞膜が第一義的な役割を果たす凍結耐性形質を取り上げ、凍結傷害発生回避に必要不可欠な細胞膜の機能改変機構に関する細胞膜マイクロドメインの関与を解析している。本年度の研究によって、低温馴化過程におけるマイクロドメインタンパク質及び脂質組成の網羅的特徴化を終了し、さらに、低温応答性マイクロドメイン局在タンパク質の凍結耐性獲得への関与についてダイナミン様タンパク質を例として明らかにできた。以上のことから、当初の計画はおおむね順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

今後も当初計画に即して研究を推進する。平成25年度は、平成24年度に実施した研究を完成させて論文として発表する作業を進めるとともに、実験系をほぼ確立したマイクロドメインの主要脂質であるステロール脂質がマイクロドメイン形成や、ステロースに親和性の高いマイクロドメインタンパク質を介して環境応答性に与える影響について研究を進める。

  • Research Products

    (34 results)

All 2013 2012 Other

All Journal Article (11 results) (of which Peer Reviewed: 11 results) Presentation (22 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Plant strategies for survival in changing environment (Editorial)2013

    • Author(s)
      Matsuo Uemura
    • Journal Title

      Physiologia Plantarum

      Volume: 147 Pages: 1-3

    • DOI

      10.3389/fpls.2013.00027

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Allium fistulosum L. as a novel system to investigate mechanisms of freezing resistance2013

    • Author(s)
      Karen K. Tanino, Yukio Kawamura, Matsuo Uemura
    • Journal Title

      Physiologia Plantarum

      Volume: 147 Pages: 101-111

    • DOI

      10.1007/s00425-011-1550-5

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Roles of cell walls and intracellular contents in supercooling capability of xylemparenchyma cells of boreal trees2013

    • Author(s)
      Jun Kasuga, Matsuo Uemura
    • Journal Title

      Physiologia Plantarum

      Volume: 148 Pages: 25-35

    • DOI

      doi:10.1111/j.1399-3054.2012.01678.x.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Detergent-resistant plasma membrane proteome to elucidate microdomain functions in plant cells2013

    • Author(s)
      Daisuke Takahashi, Yukio Kawamura, Matsuo Uemura
    • Journal Title

      Frontier in Plant Science

      Volume: 4 Pages: 27(5 pages)

    • DOI

      10.3389/fpls.2013.00027

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Sucrose phosphate phosphatase in the green alga Klebsormidium flaccidum(Streptophyta) lacks an extensive C-terminal domain and differs from that of land plants2012

    • Author(s)
      Manabu Nagao, Matsuo Uemura
    • Journal Title

      Planta

      Volume: 235 Pages: 851-861

    • DOI

      10.1007/s00425-011-1550-5

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Detergent-resistant plasma membrane proteome in oat and rye : similarities and dissimilarities between two monocotyledonous plants2012

    • Author(s)
      Daisuke Takahashi, Yukio Kawamura, Matsuo Uemura
    • Journal Title

      Journal of Proteome Research

      Volume: 11 Pages: 1654-1665

    • DOI

      10.1021/pr200849v

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Comparison of plasma membrane proteomic changes of Arabidopsis suspension cells(T87 line) after cold and abscisic acid treatment in association with freezing tolerance Development2012

    • Author(s)
      Bin Li, Yukio Kawamura, Matsuo Uemura
    • Journal Title

      Plant and Cell Physiology

      Volume: 53 Pages: 542-554

    • DOI

      10.1093/pcp/pcs010

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Cold-stress-induced acclimation in rice is mediated by root-specific aquaporins2012

    • Author(s)
      Arifa Ahamed, Yukio Kawamura, Matsuo Uemura
    • Journal Title

      Plant and Cell Physiology

      Volume: 53 Pages: 1445-1456

    • DOI

      10.1093/pcp/pcs089

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 水から氷へ:凍結傷害発生と回避2012

    • Author(s)
      河村幸男、上村松生
    • Journal Title

      低温生物工学会誌

      Volume: 58 Pages: 53-57

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] シロイヌナズナ低温馴化過程における細胞膜ダイナミン関連タンパク質の機能2012

    • Author(s)
      近藤万里子、河村幸男、上村松生
    • Journal Title

      低温生物工学会誌

      Volume: 58 Pages: 105-110

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 植物細胞における小胞体凍結動態の観察2012

    • Author(s)
      小林紫苑、河村幸男、上村松生
    • Journal Title

      低温生物工学会誌

      Volume: 58 Pages: 111-115

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Proteomic profiles of Pisum sativum inner and outer chloroplast envelope membranes2013

    • Author(s)
      Javier Abadia, Matsuo Uemura
    • Organizer
      International Workshop on Plant Membrane Biology XVI
    • Place of Presentation
      芸文館(岡山県)
    • Year and Date
      20130326-20130331
  • [Presentation] 植物はどの波長の光を利用して低温馴化を行うか2013

    • Author(s)
      今井裕之、河村幸男、上村松生
    • Organizer
      第54回日本植物生理学会
    • Place of Presentation
      岡山大学(岡山県)
    • Year and Date
      20130321-20130323
  • [Presentation] シロイヌナズナの低温応答に関与する翻訳制御機構の研究2013

    • Author(s)
      中南健太郎、上村松生
    • Organizer
      第54回日本植物生理学会
    • Place of Presentation
      岡山大学(岡山県)
    • Year and Date
      20130321-20130323
  • [Presentation] 春季にセイヨウハコヤナギの枝で起こるタンパク質変動のショットガンプロテオーム解析2013

    • Author(s)
      春日純、上村松生
    • Organizer
      第63回日本木材学会
    • Place of Presentation
      岩手大学(岩手県)
    • Year and Date
      20130321-20130323
  • [Presentation] Proteomic profiles of Pisum inner and outer chloroplast envelope membranes2013

    • Author(s)
      Elain Gutierrez-Carbonell, Matsuo Uemura
    • Organizer
      5th Congress of the Spanish Proteomics Society
    • Place of Presentation
      Axa Auditorium Center (Spain)
    • Year and Date
      20130205-20130208
  • [Presentation] シロイヌナズナGPIアンカー型タンパク質の網羅的解析および低温馴化過程における変動2013

    • Author(s)
      高橋大輔、河村幸男、上村松生
    • Organizer
      第54回日本植物生理学会
    • Place of Presentation
      岡山大学(岡山県)
    • Year and Date
      2013-03-21
  • [Presentation] Proteomic analysis of detergent-resistant plasma membrane in association with development of freezing tolerance in plants2012

    • Author(s)
      Daisuke Takahashi, Yukio Kawamura, Matsuo Uemura
    • Organizer
      International Conference on Membrane Domains
    • Place of Presentation
      AgroSup Dijon (France)
    • Year and Date
      20121127-20121130
  • [Presentation] Comprehensive analysis of glycosylphosphatidylinositol-anchored proteins and lipids of the plasma membrane to understand their functional involvement in plant freezing Tolerance2012

    • Author(s)
      Daisuke Takahashi, Yukio Kawamura, Matsuo Uemura
    • Organizer
      Conference on Lipid-Protein Interactions in Membranes
    • Place of Presentation
      Centre for Cellular and Molecular Biology (India)
    • Year and Date
      20121101-20121105
  • [Presentation] Involvement of plasma membrane microdomains in cold acclimation and freezing tolerance in plants2012

    • Author(s)
      Daisuke Takahashi, Yukio Kawamura, Matsuo Uemura
    • Organizer
      Plant and Microbe Adaptations to Cold 2012
    • Place of Presentation
      北海道大学学術交流会館(北海道)
    • Year and Date
      20120624-20120627
  • [Presentation] Cryodynamics of organelles in living plant cells2012

    • Author(s)
      Shion Kobayashi, Yukio Kawamura, Matsuo Uemura
    • Organizer
      Plant and Microbe Adaptations to Cold 2012
    • Place of Presentation
      北海道大学学術交流会館(北海道)
    • Year and Date
      20120624-20120627
  • [Presentation] Semiquantitative plasma membrane proteomics of Brachypodium distachyon in association with cold acclimation2012

    • Author(s)
      Takato Nakayama, Yukio Kawamura, Matsuo Uemura
    • Organizer
      Plant and Microbe Adaptations to Cold 2012
    • Place of Presentation
      北海道大学学術交流会館(北海道)
    • Year and Date
      20120624-20120627
  • [Presentation] Proteomic analysis of seasonal cold-deacclimation process in poplar phloem and xylem Tissues2012

    • Author(s)
      Jun Kasuga, Matsuo Uemura
    • Organizer
      Plant and Microbe Adaptations to Cold 2012
    • Place of Presentation
      北海道大学学術交流会館(北海道)(口頭発表選定)
    • Year and Date
      20120624-20120627
  • [Presentation] Proteomic approaches for analyzing responsiveness of glycosylphosphatidylinositol anchored proteins to cold acclimation in oat and rye2012

    • Author(s)
      Daisuke Takahashi, Yukio Kawamura, Matsuo Uemura
    • Organizer
      Plant Biology 2012
    • Place of Presentation
      Austin Convention Center (USA)
    • Year and Date
      20120620-20120624
  • [Presentation] Comparable plasma membrane proteomics of Brachypodium distachyon with two cereals (oat and rye) in association with cold acclimation2012

    • Author(s)
      Takato Nakayama, Yukio Kawamura, Matsuo Uemura
    • Organizer
      Plant Biology 2012
    • Place of Presentation
      Austin Convention Center (USA)
    • Year and Date
      20120620-20120624
  • [Presentation] シロイヌナズナ低温馴化過程における細胞膜ダイナミン関連タンパク質の機能2012

    • Author(s)
      近藤万里子、河村幸男、上村松生
    • Organizer
      東北植物学会第2回大会
    • Place of Presentation
      弘前大学(青森県)
    • Year and Date
      2012-12-16
  • [Presentation] シロイヌナズナ低温馴化および脱馴化過程における細胞膜プロテオーム解析2012

    • Author(s)
      三木雄史、河村幸男、上村松生
    • Organizer
      東北植物学会第2回大会
    • Place of Presentation
      弘前大学(青森県)
    • Year and Date
      2012-12-16
  • [Presentation] 樹木冬芽の越冬過程における可溶性タンパク質の組成変化2012

    • Author(s)
      鈴木伸吾、上村松生
    • Organizer
      日本木材学会北海道支部平成24年度研究発表会
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター(北海道)
    • Year and Date
      2012-11-13
  • [Presentation] B. distachyon の凍結耐性と細胞膜プロテオーム解析2012

    • Author(s)
      上村松生、河村幸男
    • Organizer
      第1回ブラキポディウムワークショップ
    • Place of Presentation
      横浜市立大学(神奈川県)(招待講演)
    • Year and Date
      2012-11-07
  • [Presentation] Changes and differences in plasma membrane proteins associated with plant cold Tolerance2012

    • Author(s)
      Matsuo Uemura
    • Organizer
      Plant Sciences Seminar, University of Hyderabad
    • Place of Presentation
      University of Hyderabad (India)(招待講演)
    • Year and Date
      2012-10-30
  • [Presentation] 凍結した植物細胞におけるカルシウムの役割とは?2012

    • Author(s)
      河村幸男、上村松生
    • Organizer
      第76回日本植物学会
    • Place of Presentation
      兵庫県立大学(岡山県)(招待講演)
    • Year and Date
      2012-09-17
  • [Presentation] Obtaining direct evidence for freezing avoidance and tolerance mechanisms using a single cell layer Allium fistulosum L2012

    • Author(s)
      Karen K. Tanino, Yukio Kawamura, Matsuo Uemura
    • Organizer
      Plant and Microbe Adaptations to Cold 2012
    • Place of Presentation
      北海道大学学術交流会館(北海道)(招待講演)
    • Year and Date
      2012-06-26
  • [Presentation] 低温馴化過程におけるB. distachyon細胞膜タンパク質の組成変動の解析2012

    • Author(s)
      中山貴人、河村幸男、上村松生
    • Organizer
      第57回低温生物工学会
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場(茨城県)
    • Year and Date
      2012-06-01
  • [Remarks]

    • URL

      http://news7al.atm.iwate-u.ac.jp/~crcdbbt/index.htm

URL: 

Published: 2014-07-16  

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