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2014 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 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
Outline of Annual Research Achievements

凍結耐性が異なる二種の単子葉植物(カラスムギとライムギ)を用い、マイクロドメインタンパク質と脂質の大規模網羅解析を行った。その結果、両種において、各種トランスポーターやステロール、スフィンゴ脂質などがマイクロドメインに集積していることを明らかにした。さらに、低温馴化過程で、これらの成分がダイナミックに変動しており、さらに、いくつかのマイクロドメイン構成成分の低温馴化過程における変動パターンが凍結耐性の低いカラスムギと高いライムギで異なっていた。従って、マイクロドメイン組成や低温応答性の違いが細胞膜の安定性やマイクロドメイン機能の調節に影響し、植物の凍結耐性の差異に関与していることが示唆された。

次に、シロイヌナズナを用いて、GPIアンカー型タンパク質(GPI-AP)の網羅的同定および低温馴化過程における変動の検出を試みた。その結果、163種のGPI-APが同定され、多くのGPI-APが低温馴化処理により増減していることを明らかにした。さらに、低温馴化応答性GPI-APとしてAt3g04010を選び出し解析を進めた。低温馴化後のAt3g04010ノックダウン変異体は野生型よりも凍結耐性が低かった。また、At3g04010は維管束組織などの物質輸送に関与する組織で強く発現する遺伝子であった。これらの結果から、At3g04010は低温馴化過程や凍結融解過程で物質輸送を適切に調節し、凍結耐性獲得に貢献しているものと考えられた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

マイクロドメインのプロテオーム及びリピドーム解析は順調に進み、低温馴化能力と関連した種間の違いなども検出できた。また、GPIアンカー型タンパク質の網羅的解析においては、いままで報告されていた数倍ものタンパク質を同定することに成功し、本研究で確立した解析方法の優位性を示すことができた。さらに、低温応答性で低温馴化機構に関与しているGPIアンカー型タンパク質の機能解析も順調に進んだ。しかし、MbCDを用いてマイクロドメインを破壊してその影響を見る実験は、実験条件の確立に至らず更なる遂行を断念した。それらをのポジティブなものとネガティブな状況を判断しても当初考えていた成果以上のものが得られているので、「おおむね順調に進展している」と評価した。

Strategy for Future Research Activity

本研究課題の最終年度に当たる平成27年度は、いままでに得られた成果を論文化するためのデータ取得を進め、いくつかの成果をまとめて論文化することに集中する。特に、平成26年度に得られた成果(リピドームやGPIアンカー型タンパク質解析)について確実に成果発表を進めたい。

  • Research Products

    (33 results)

All 2015 2014

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results) Presentation (26 results) (of which Invited: 7 results) Book (2 results)

  • [Journal Article] Proteins associated with oxidative burst and cell wall strengthening accumulate during citrus-Xanthomonas non-host interaction.2015

    • Author(s)
      Rani TS, Takahashi D, Uemura M, Podile AP.
    • Journal Title

      Plant Molecular Biology Reporter

      Volume: unknown Pages: unknown

    • DOI

      10.1007/s11105-014-0817-y

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] The distinct functional roles of the inner and outer chloroplast envelope of pea (Pisum sativum) as revealed by proteomic approaches2014

    • Author(s)
      Gutierrez-Carbonell E, Takahashi D, Lattanzio G, Rodriguez-Celma J, Kehr J, Soll J, Philippar K, Uemura M, Abadia J, Lopez-Millan A-F.
    • Journal Title

      Journal of Proteome Research

      Volume: 13 Pages: 2941-2953

    • DOI

      10.1021/pr500106s

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Analysis of differential expression patterns of mRNA and protein during cold- and de-acclimation in Arabidopsis.2014

    • Author(s)
      Nakaminami K, Matsui A, Nakagami H, Minami A, Nomura Y, Tanaka M, Morosawa T, Ishida J, Takahashi S, Uemura M, Shirasu K, Seki M.
    • Journal Title

      Molecular and Cellular Proteomics

      Volume: 13 Pages: 3602-3611

    • DOI

      10.1074/mcp.M114.039081

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Higher sterols content regulated by CYP51 with concomitant lower phospholipids content in membranes is a common strategy for aluminium tolerance in several plant species.2014

    • Author(s)
      Wagatsuma T, Khan MSH, Watanabe T, Maejima E, Sekimoto H, Yokota T, Nakano T, Toyomasu T, Tawaraya K, Koyama H, Uemura M, Ishikawa S, Ikka T, Ishikawa A, Kawamura T, Murakami S, Ueki N, Umetsu A, Kannari T.
    • Journal Title

      Journal of Experimental Botany

      Volume: 66 Pages: 907-918

    • DOI

      doi: 10.1093/jxb/eru455

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 2014.植物の温度変化に対する細胞内カルシウム動態について.2014

    • Author(s)
      開勇人,上村松生,河村幸男
    • Journal Title

      低温生物工学会誌

      Volume: 60 Pages: 139-142

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 低温馴化および凍結耐性に関与するGPIアンカー型β-1,3-Glucanaseの解析.2015

    • Author(s)
      高橋大輔,冨永陽子,河村幸男,上村松生
    • Organizer
      第56回日本植物生理学会年会
    • Place of Presentation
      東京農業大学、東京
    • Year and Date
      2015-03-16 – 2015-03-18
  • [Presentation] シロイヌナズナの低温初期応答に関するリン酸化プロテオミクス.2015

    • Author(s)
      三木雄史,野村有子,高橋大輔,河村幸男,中神弘史,上村松生
    • Organizer
      第56回日本植物生理学会年会
    • Place of Presentation
      東京農業大学、東京
    • Year and Date
      2015-03-16 – 2015-03-18
  • [Presentation] Calcium signal: a clue to cold sensing of plant cell in the field.2015

    • Author(s)
      Hiraki H,Uemura M,Kawamura Y.
    • Organizer
      第56回日本植物生理学会年会
    • Place of Presentation
      東京農業大学、東京
    • Year and Date
      2015-03-16 – 2015-03-18
  • [Presentation] シロイヌナズナ芽生えの脱黄化応答における代謝制御解析.2015

    • Author(s)
      小塚俊明, 高橋勝利, 今井裕之, 上村松生, 澤田有司, 平井優美, 長谷あきら
    • Organizer
      第56回日本植物生理学会年会
    • Place of Presentation
      東京農業大学、東京
    • Year and Date
      2015-03-16 – 2015-03-18
  • [Presentation] クリプトクロムを介した植物の低温応答を追う~青色光と低温馴化~.2014

    • Author(s)
      今井裕之,河村幸男,長谷あきら,上村松生
    • Organizer
      東北植物学会第4回大会
    • Place of Presentation
      山形大学、山形
    • Year and Date
      2014-12-13 – 2014-12-14
  • [Presentation] 低温馴化および脱馴化シロイヌナズナにおける細胞膜タンパク質のリン酸化状態の解析.2014

    • Author(s)
      三木雄史,野村有子,高橋大輔,河村幸男,中神弘史,上村松生
    • Organizer
      東北植物学会第4回大会
    • Place of Presentation
      山形大学、山形
    • Year and Date
      2014-12-13 – 2014-12-14
  • [Presentation] シロイヌナズナ水分屈性制御分子MIZ2 と相互作用するタンパク質の探索.2014

    • Author(s)
      田桑菜津子,久家徳之,高橋大輔,河村幸男,上村松生,高橋秀幸,宮沢豊
    • Organizer
      東北植物学会第4回大会
    • Place of Presentation
      山形大学、山形
    • Year and Date
      2014-12-13 – 2014-12-14
  • [Presentation] A cold acclimation-responsive glycosylphosphatidylinositol-anchored protein (GPI-AP) is necessary for the acquisition of freezing tolerance in Arabidopsis.2014

    • Author(s)
      Takahashi D, Tominaga Y, Kawamura Y, Uemura M.
    • Organizer
      UGAS-MSULS Joint Sympojium
    • Place of Presentation
      Iwate University, Morioka, Japan
    • Year and Date
      2014-12-08 – 2014-12-10
  • [Presentation] 植物細胞の凍結耐性増大と凍結下での生存のしくみ.2014

    • Author(s)
      上村松生
    • Organizer
      Cryopreservation Conference 2014
    • Place of Presentation
      基礎生物学研究所、愛知
    • Year and Date
      2014-10-23 – 2014-10-24
    • Invited
  • [Presentation] In planta monitoring of cold-regulated gene expression reveals integration of the signals from temperature, photoperiod and photosynthesis during cold acclimation.2014

    • Author(s)
      Tominaga T, Kawamura Y, Uemura M.
    • Organizer
      Japan-Finland Binational Seminar
    • Place of Presentation
      Hotel Millione, Sapporo, Japan
    • Year and Date
      2014-10-09 – 2014-10-14
    • Invited
  • [Presentation] 生体分子添加水溶液にみられる集光フェムト秒レーザー誘起氷結晶成長2-結晶形状と成長速度の添加分子依存性-.2014

    • Author(s)
      河野達也,澤田晃佑,飯野敬矩,三木雄史,高橋大輔,河村幸男,上村松生,細川陽一郎.
    • Organizer
      第75回応用物理学会秋期学術講演会
    • Place of Presentation
      北海道大学、北海道
    • Year and Date
      2014-09-17 – 2014-09-20
  • [Presentation] 温度刺激に対する細胞膜マイクロドメインの組成および機能の応答.2014

    • Author(s)
      上村松生,高橋大輔,南杏鶴,河村幸男
    • Organizer
      第78回日本植物学会大会.
    • Place of Presentation
      明治大学、神奈川
    • Year and Date
      2014-09-12 – 2014-09-14
    • Invited
  • [Presentation] Changes in the protein profiles of plasma membrane and detergent resistant microdomain preparations from Beta vulgaris roots as affected by Fe deficiency.2014

    • Author(s)
      Gutierrez-Carbonell E, Takahashi D, Lothje S, Gonzalez-Reyes JA, Uemura M, Abadia J, Lopez-Millan AF.
    • Organizer
      1st INPPO World Congress
    • Place of Presentation
      University of Hamburg, Hamburg, Germany
    • Year and Date
      2014-08-31 – 2014-09-04
  • [Presentation] In planta monitoring of the regulation of cold-responsive genes under various temperatures and photoperiods.2014

    • Author(s)
      Tominaga Y, Kawamura Y, Uemura M.
    • Organizer
      10th International Plant Cold Hardiness Seminar
    • Place of Presentation
      Adam Mickiewicz University, Poznan Poland
    • Year and Date
      2014-08-18 – 2014-08-21
    • Invited
  • [Presentation] Light quality has effects on plant cold acclimation.2014

    • Author(s)
      Imai H, Kawamura Y, Nagatani A, Uemura M.
    • Organizer
      10th International Plant Cold Hardiness Seminar
    • Place of Presentation
      Adam Mickiewicz University, Poznan, Poland
    • Year and Date
      2014-08-18 – 2014-08-21
  • [Presentation] Low-temperature sensing of plant cells and the dynamics of cytoplasmic calcium.2014

    • Author(s)
      Hiraki H, Uemura M, Kawamura Y.
    • Organizer
      10th International Plant Cold Hardiness Seminar
    • Place of Presentation
      Adam Mickiewicz University, Poznan, Poland
    • Year and Date
      2014-08-18 – 2014-08-21
  • [Presentation] A cold acclimation-responsive glycosylphosphatidylinositol-anchored protein (GPI-AP) influences the acquisition of freezing tolerance in Arabidopsis.2014

    • Author(s)
      Takahashi D, Tominaga Y, Kawamura Y, Uemura M.
    • Organizer
      10th International Plant Cold Hardiness Seminar
    • Place of Presentation
      Adam Mickiewicz University, Poznan, Poland
    • Year and Date
      2014-08-18 – 2014-08-21
  • [Presentation] Tissue specific physiological and proteomic analysis of cold acclimation in winter wheat crowns.2014

    • Author(s)
      Willick IR, Takahashi D, Uemura M, Fowler DB, Tanino K.
    • Organizer
      10th International Plant Cold Hardiness Seminar
    • Place of Presentation
      Adam Mickiewicz University, Poznan, Poland
    • Year and Date
      2014-08-18 – 2014-08-21
  • [Presentation] RNA masking system during cold deacclimation of Arabidopsis plants.2014

    • Author(s)
      Nakaminami K, Matsui A, Nakagami H, Minami A, Nomura Y, Tanaka M, Morosawa T, Ishida J, Takahashi S, Uemura M, Shirasu K, Seki M.
    • Organizer
      Plant Biology 2014
    • Place of Presentation
      Oregon Convention Center, Portland, USA
    • Year and Date
      2014-07-12 – 2014-07-16
  • [Presentation] An overview of abiotic stress research and introducing a novel model system to examine mechanisms of acclimation, freezing avoidance and tolerance.2014

    • Author(s)
      Tanino K, Liu J, Kobayashi S, Karunakaran C, Borondics F, Kawamura Y, Uemura M.
    • Organizer
      Canadian Society of Agronomy & Canadian Society for Horticultural Science Joint Annual Conference
    • Place of Presentation
      University of Lethbridge, Lethbridge, Canada
    • Year and Date
      2014-07-10 – 2014-07-12
    • Invited
  • [Presentation] 青色光受容体クリプトクロムを介した低温馴化機構.2014

    • Author(s)
      今井裕之,河村幸男,長谷あきら,上村松生
    • Organizer
      第59回低温生物工学会大会
    • Place of Presentation
      九州大学、福岡
    • Year and Date
      2014-06-28 – 2014-06-29
  • [Presentation] 様々な低温刺激における植物の細胞内カルシウムイオン動態について.2014

    • Author(s)
      開勇人,上村松生,河村幸男
    • Organizer
      第59回低温生物工学会大会
    • Place of Presentation
      九州大学、福岡
    • Year and Date
      2014-06-28 – 2014-06-29
  • [Presentation] Plasma membrane proteome dynamically and strategically responds to cold acclimation in plants.2014

    • Author(s)
      Uemura M, Takahashi D, Nakayama T, Miki Y, Kawamura Y.
    • Organizer
      6th International Symposium on Frontiers in Agricultural Proteome Research
    • Place of Presentation
      Heilongjiang University, Harbin, PRC
    • Year and Date
      2014-06-23 – 2014-06-27
    • Invited
  • [Presentation] Proteomic approaches reveal diversified responses of GPI-anchored proteins to cold acclimation in Arabidopsis.2014

    • Author(s)
      Takahashi D, Tominaga Y, Kawamura Y, Uemura M.
    • Organizer
      6th International Symposium on Frontiers in Agricultural Proteome Research
    • Place of Presentation
      Heilongjiang University, Harbin, PRC
    • Year and Date
      2014-06-23 – 2014-06-27
  • [Presentation] Live in planta monitoring of cold-responsive gene expressions at low temperature.2014

    • Author(s)
      Tominaga Y, Kawamura Y, Uemura M.
    • Organizer
      World Forum on Biology (Joint meeting hosted by the Society of In Vitro Biology and the Society for Cryobiology).
    • Place of Presentation
      Hyatt Regency Savannah, Savannah, Georgia, USA
    • Year and Date
      2014-05-31 – 2014-06-04
    • Invited
  • [Presentation] Compositional and functional analyses of glycosylphosphatidylinositol-anchored protein (GPI-AP) during plant cold acclimation.2014

    • Author(s)
      Takahashi D, Tominaga Y, Kawamura Y, Uemura M.
    • Organizer
      World Forum on Biology (Joint meeting hosted by the Society of In Vitro Biology and the Society for Cryobiology).
    • Place of Presentation
      Hyatt Regency Savannah, Savannah, Georgia, USA
    • Year and Date
      2014-05-31 – 2014-06-04
  • [Book] Proteomic approaches to identify cold regulated plasma membrane proteins. In: Methods in Molecular Biology, Vol 1066, Plant Cold Acclimation: Methods and Protocols (Hincha DK, Zuther E, eds)2014

    • Author(s)
      Takahashi D, Nakayama T, Miki Y, Kawamura Y, Uemura M.
    • Total Pages
      282 (159-170)
    • Publisher
      Springer Science+Business Media, LLC,
  • [Book] Food production and supply issues in northern Japan in the era of global climate change and the role of the United Graduate School of Agricultural Sciences, Iwate University. In: Sustainable Agriculture and Food Security in the Circumpolar North. (Seefeldt S, Helfferich D, eds)2014

    • Author(s)
      Uemura M.
    • Total Pages
      132 (112-117)
    • Publisher
      Alaska Agricultural & Forestry Experiment Station

URL: 

Published: 2016-06-01  

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