植物の乾燥ストレス応答における新規フィードバック制御機構の解明

2013 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 24510312
• Research Institution: Japan International Research Center for Agricultural Sciences
• Principal Investigator: 藤田 泰成 独立行政法人国際農林水産業研究センター, その他部局等, 主任研究員 (00446395)
• Keywords: 乾燥ストレス / ABA / 浸透圧ストレス / 植物 / 遺伝子発現 / 脱リン酸化

Research Abstract

申請者らは平成24年度までに、乾燥ストレス時のHAI遺伝子の発現誘導が、AREBまたはSnRK2をノックアウトした3重変異体において顕著に抑制されること、および、植物の生細胞中でSnRK2とHAIタンパク質が結合することを示した。昨年度（平成25年度）は、HAIのGFP融合タンパク質の局在性解析および遺伝子発現の詳細なプロファイリングを行った。また、大腸菌発現タンパク質を用いて、in vitroでのHAIタンパク質のリン酸化能におけるABA濃度特異性を明らかにした。これらの解析を通して、HAI によるフィードバック制御の基本的な特性を明らかにすることに成功した。一方で、HAIの3重変異体シロイヌナズナを用いて、各種表現型解析およびストレス応答試験を行った。
本年度は、さらにHAI１、HAI2およびHAI３が属するサブグループAbのすべてのPP2Cをノックアウトした4重変異体（hai1 hai2 hai3 ahg3）を作製した。また、サブグループAaとAb　におけるPP2Cの役割と機能を明らかにするため、サブグループAaのPP2Cをノックアウトした3重変異体（abi1 abi1 hab1）と4重変異体（abi1 abi2 hab1 hab2）を作製した。しかしながら、サブグループAaの4重変異体種子は、ほとんど発芽せず、まれに発芽したものも野生型シロイヌナズナに比べて著しい生育阻害が観察された。これらの結果から、グループAa PP2Cは基本的な生育に関与していることが示唆された。一方で、グループAbの2種類の多重変異体は、通常生育条件下において野生型シロイヌナズナに比べて顕著な表現型の差を示さなかった。しかしながら、予備的な各種ストレス試験の結果から、水分ストレス時には、野生型に比べて顕著な表現型を示した。これらの結果から、グループAbのPP2Cは、ストレス特異的な役割を持っている可能性が示唆された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本年度は、工程表通り、グループAaの3重変異体（abi1 abi1 hab1）と4重変異体（abi1 abi2 hab1 hab2）を作製した。また、グループAbの4重変異体（hai1 hai2 hai3 ahg3）を作製した。これまでは、グループAbに属するPP2CであるHAI1、HAI2およびHAI３に焦点をあてて解析を進めてきたが、今後、グループAaとAbのPP2Cを比較解析することにより、その役割分担や機能の違いが明確になり、植物の乾燥ストレス応答におけるグループA PP2Cを介したフィードバック制御機構が解明されることが期待される。

Strategy for Future Research Activity

コケやシダ植物ももっているグループAaのPP2Cとダイズやイネなどの被子植物のみがもっている新しいタイプのグループAbのPP2Cの役割や機能の違いを明らかにすることにより、なぜ被子植物では、新しいタイプのグループAb PP2Cが必要になったかを明らかにする。そのため、本年度までに作製した多重変異体のさまざまな観点からの比較解析に重点をおく予定である。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

実験計画は順調に進捗しているが、本年度は思った以上に実験に時間をとられたため、予定していた海外学会と国内学会の参加を取りやめたことにより、次年度使用額が生じた。
次世代シークエンサーを用いた網羅的な遺伝子解析などより費用のかかる先端的な解析に用いることを計画している。

Research Products

• [Journal Article] Characterization of the promoter region of an Arabidopsis gene for 9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase involved in dehydration-inducible transcription. (2013)
  • Author(s): Behnam, B., Iuchi, S., Fujita, M., Fujita, Y., Takasaki, H., Osakabe, Y., Yamaguchi-Shinozaki, K., Kobayashi, M., Shinozaki, K.
  • Journal Title: DNA Research Volume: 20 Pages: 315-324
  • DOI: 10.1093/dnares/dst012
  • Peer Reviewed
• [Presentation] シロイヌナズナの乾燥ストレス応答において負の制御因子として働くヒスチジンリン酸基転移タンパク質AHP2, AHP3, AHP5 の機能解析 (2014)
  • Author(s): Nishiyama ,R.，Watanabe, Y.，Leyva-Gonzalez, M.，Ha, C.V.，Fujita, Y.，Tanaka, M.，Seki, M.，Yamaguchi-Shinozaki, K.，Shinozaki, K.，Herrera-Estrella, L.，Tran, L.-S.P.
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 富山
  • Year and Date: 20140318-20140320
• [Presentation] ダイズの環境ストレス応答に関わるDREB1 転写因子の機能解析 (2014)
  • Author(s): 城所聡、渡邉慶太郎、大堀鉄平、森脇崇、圓山恭之進、Nang Myint Phyu Sin Htwe、藤田泰成、溝井順哉、篠崎一雄、篠崎和子
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 富山
  • Year and Date: 20140318-20140320
• [Presentation] シロイヌナズナの4 個のAREB/ABF 転写因子が浸透圧ストレス時のアブシシン酸を介した遺伝子発現において中心的に機能している (2014)
  • Author(s): 吉田拓也、藤田泰成、圓山恭之進、篠崎一雄、篠崎和子
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 富山
  • Year and Date: 20140318-20140320
• [Presentation] シロイヌナズナにおいてSnRK2 およびそれらの相互作用因子、SDB1 プロテインキナーゼが調節する新規な生理応答の発見 (2014)
  • Author(s): 最上惇郎、藤田泰成、吉田拓也、月居佳史、中神弘史、野村有子、藤原徹、西田翔、柳澤修一、石田哲也、森本恭子、城所聡、溝井順哉、篠崎一雄、篠崎和子
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 富山
  • Year and Date: 20140318-20140320
• [Presentation] 国際研究機関と連携した乾燥耐性分子育種技術の開発 (2013)
  • Author(s): 藤田泰成
  • Organizer: 日本育種学会第124回講演会・第55回シンポジウム ワークショップ：気候変動に対応した21世紀育種戦略
  • Place of Presentation: 鹿児島
  • Year and Date: 20131012-20131014
  • Invited
• [Presentation] Functional analysis of ABF1 to reveal downstream transcription factors involved in SnRK2-mediated gene expression in ABA signalling. (2013)
  • Author(s): Yoshida, T., Fujita, Y., Maruyama, K., Shinozaki, K., Yamaguchi-Shinozaki, K.
  • Organizer: 7th EPSO Conference
  • Place of Presentation: Porto Heli, Greece
  • Year and Date: 20130901-20130904
• [Presentation] Identification of novel subclass III SnRK2-interacting proteins in Arabidopsis. (2013)
  • Author(s): Mogami, J., Fujita, Y., Kidokoro, S., Tsukiori, Y., Nakagami, H., Yanagisawa, S., Ishida, T., Mizoi, J., Shinozaki, K., Yamaguchi-Shinozaki, K.
  • Organizer: 4th International Conference on Arabidopsis Research
  • Place of Presentation: Sydney, Australia
  • Year and Date: 20130624-20130628
• [Presentation] Promoter analysis of an Arabidopsis gene for 9-cis-epoxycartenoid dioxygenase-3 (AtNCED3) involved in dehydration-inducible transcription. (2013)
  • Author(s): Behnam, B., Iuchi, S., Fujita, M., Fujita, Y., Yamaguchi-Shinozaki, K., Kobayashi, M., Shinozaki, K.
  • Organizer: 24th International Conference on Arabidopsis Research
  • Place of Presentation: Sydney, Australia
  • Year and Date: 20130624-20130628
• [Book] Book title: Climate change and plant abiotic stress tolerance 執筆を担当したのは、全40chapterのうち、Chapter 20: Role of abscisic acid signaling in drought tolerance and preharvest sprouting under climate change (2014)
  • Author(s): Fujita, Y., Nakashima, K., Yoshida, T., Fujita, M., Shinozaki, K., Yamaguchi-Shinozaki, K. ( Tuteja, N., Gill, S.S. (eds.))
  • Total Pages: 1114頁、うち執筆担当分はpp521-553で33頁
  • Publisher: Wiley Blackwell