2020 Fiscal Year Annual Research Report
生命金属動態を制御する植物の器官間シグナル伝達機構解明
Publicly Offered Research
| Project Area | Integrated Biometal Science: Research to Explore Dynamics of Metals in Cellular System |
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| Project/Area Number |
20H05501
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
田畑 亮 名古屋大学, 生命農学研究科, 特任講師 (30712294)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 生命金属 / 鉄 / 器官間シグナル伝達 / シロイヌナズナ / ペプチド |
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物は、土壌中の根の一部が局所的な鉄欠乏におちいったとき、その情報を他の根に伝え、鉄吸収を相補的に促進させることで、個体全体の鉄含量を一定に保つ巧みなシステムを持つ。しかしながら、その器官間コミュニケーションを制御する分子実態はこれまで明らかにされていない。そこで、不均一な土壌環境を模倣したSplit-root培養法を用いたトランスクリプトーム解析から、生命鉄動態を制御する器官間移動性分子を探索し、機能解析することを目的とした。
シロイヌナズナを用いたSplit-root鉄欠乏処理実験では、一部の根が鉄欠乏条件下に晒されると、他方の根において鉄イオントランスポーター（IRT1）の発現量が相補的に増加する。今年度は、二価鉄イオンプローブが植物細胞にも適応可能であることを検証するとともに、Split-root鉄欠乏処理時の二価鉄プローブ蛍光観察を行うことで、実際に鉄吸収量も増加していることが確かめられた。
これまで、シロイヌナズナSplit-root鉄欠乏培養法を用いた時系列トランスクリプトーム解析から、葉から根へ移動して鉄吸収を活性化する器官間移動性の候補分子として「鉄結合タンパク質（IRON MAN; IMA/FEP）」を同定してきた。IMA多重変異体では、Split-root鉄欠乏処理時において、IRT1の相補的な発現量上昇は全く起こらなかった。また、シロイヌナズナ接ぎ木実験の結果から、IMAは地上部で発現誘導されることで、地下部（根）の正常な発達やIRT1の発現を制御していることが明らかになった。つまり、IMAが生命鉄動態を制御する、葉から根への器官間を移動して機能するシグナル分子である可能性が強く示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまで、シロイヌナズナSplit-root鉄欠乏培養法を用いた時系列トランスクリプトーム解析から、葉から根へ移動して鉄吸収を活性化する器官間移動性の候補分子として「鉄結合タンパク質（IRON MAN; IMA/FEP）」を同定してきた。Split-root鉄欠乏処理実験や接ぎ木実験の結果から、IMAが生命鉄動態を制御するために、葉から根への器官間を移動して機能するシグナル分子である可能性が強く示唆されたため、制御因子を単離できた点で順調であると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、化学合成したIMAペプチドの添加実験による機能解析を行うとともに、イメージング解析を通してYFP-IMA融合タンパク質が実際に葉から根へ移動する様子を観察していく予定である。また、数理モデル解析によって、器官間移動性分子による生命鉄動態の時空間的な制御を定量的なシステムとして理解することを目指す。
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[Journal Article] Cell-cell adhesion in plant grafting is facilitated by β-1,4-glucanases2020
Author(s)
Notaguchi, M., Kurotani, K., Sato, Y., Tabata, R., Kawakatsu, Y., Okayasu, K., Sawai, Y., Okada, R., Asahina, M., Ichihashi, Y., Shirasu, K., Suzuki, T., Niwa, M., Higashiyama, T
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Journal Title
Science
Volume: 369
Pages: 698-702
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Micrografting device for testing environmental conditions for grafting and systemic signalling in Arabidopis2020
Author(s)
Tsutui, H., Yanagisawa, N., Kawakatsu, Y., Ikematsu, S., Sawai, Y., Tabata, R., Arata, H., Higashiyama, T., Notaguchi, M
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Journal Title
Plant J.
Volume: 7
Pages: 918-929
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Callose synthesis suppresses cell death induced by low-calcium conditions in Arabidopsis leaves2020
Author(s)
Shikanai, Y., Yoshida, R., Hirano, T., Enomoto, Y., Li, B., Asada, M., Yamagami, M., Yamaguchi, K., Shigenobu, S., Tabata, R., Sawa, S., Okada, H., Ohya, Y., Kamiya, T., Fujiwara, T
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Journal Title
Plant Physiol.
Volume: 182
Pages: 2199-2212
DOI
Peer Reviewed
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