ゲノム情報科学に基づく環境応答性プロモーターの動作原理の還元論的解析

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Environmental sensing of plants: Signal perception, processing and cellular responses
• Project/Area Number: 23120511
• Research Institution: Gifu University
• Principal Investigator: 山本 義治 岐阜大学, 応用生物科学部, 准教授 (50301784)
• Keywords: 植物ゲノム / 合成プロモーター / 環境応答 / 転写制御

Research Abstract

【目的】
植物の環境応答を支配する転写ネットワーク解明へ向けて、環境応答性プロモーターの総括的な理解のための解析の足場づくりを試みる。
1.【マイクロアレイデータを基にした転写制御配列予測法の確立】
マイクロアレイデータを基にした転写制御配列の予測法を新たに確立した(発表論文3)。我々の方法は既存のコンセンサス配列を抽出する手法(Gibbs Sampling,MEME)に比べるとはるかに高感度かつ正確に予測できることがわかった。確立した手法を用いて植物ホルモン(ABA,SA,ET,BR,CK,Aux,H_2O_2)応答を担う制御配列を総括的に予測した。また、環境ストレスや生物ストレス応答を担う制御配列を幅広く予測した(未発表データ)。
2.【合成プロモーターの作成と機能検証】
強光ストレス、UV、低温ストレス、重金属等の土壌ストレス、有用土壌菌による植物の耐病性誘導、過酸化水素応答、などに関わる転写制御配列を予測し、合成プロモーターの作成、植物への導入、を行った。これまでに約80の合成プロモーターを作成し、40程度のコンストラクトについては植物の形質転換(T1種子の調製)が完了した。現在単コピー挿入系統の選抜とライン化を進めている。

Current Status of Research Progress

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

Reason

1)合成プロモーターの作成が予定以上に順調に進み、計画よりも多くのプロモーターを作成できた。2)予想される環境応答を示す新規の転写制御配列を早くも同定できた。3)2種類の組合せにより転写応答が「合成」される例を探していたが、早くもそのような例を発見できた。

Strategy for Future Research Activity

作成した合成プロモーターのうち若干数について発現解析を始めたところであるが、UV応答や強光ストレス応答など予想される環境応答を示す系統がすでに現れている。今後は合成プロモーター作成、機能検証を進めていきたい。

Research Products

• [Journal Article] Identification of cis-acting promoter elements in cold-and dehydration-in duced transcriptional pathways in Arabidopsis, rice and soybean (2012)
  • Author(s): Maruyama K, Todaka D, Mizoi J, Yoshida T, Kidokoro S, Matsukura S, Takasaki H, Sakurai T, Yamamoto YY, Yoshikawa K, Kojima M, Sakakibara H, Shinozaki K, Yamaguchi-Shinozaki K
  • Journal Title: DNA Res Volume: 19 Pages: 37-49
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] SD3, an Arabidopsis thaliana Homolog of TIM21, Affects Intracellular ATP Levels and Seedling Development (2012)
  • Author(s): Hamasaki H, Yoshizumi T, Takahashi N, Higuchi M, Kuromori T, Imura Y, Shimada H, Matsui M
  • Journal Title: Mol Plant Volume: (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Arabidopsis mitochondrial protein TIM50 affects hypocotyl cell elongation through intracellular ATP level (2012)
  • Author(s): Kumar S, Yoshizumi T, Hongo H, Yoneda A, Hara H, Hamasaki H, Takahashi N, Nagata N, Shimada H, Matsui M
  • Journal Title: Plant Sci Volume: 183 Pages: 212-217
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ystemic resistance induced in Arabidopsis thaliana by Trichoderma asperellum SKT-1, a microbial pesticide of seedborne diseases of rice (2012)
  • Author(s): Yoshioka Y, Ichikawa H, Naznin HA, Kogure A, Hyakucachi M
  • Journal Title: Pest Manag Sci Volume: 68 Pages: 60-66
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Composite application of the plant growth-promoting fungus Phoma sp. GS8-2 and the arbuscular mycorrhizal fungus Glomus mosseae : impact on disease development, microbial population, and plant growth (2012)
  • Author(s): Saldajeno MGB, Ito M, Hyakumachi M
  • Journal Title: Austral Plant Pathol Volume: (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Induction of systemic resistance in Arabidopsis and tobacco plants against Cucumber mosaic virus by Penicillium simplicissimum GP17-2 (2012)
  • Author(s): Elsharkawy MM, Shimizu M, Takahashi H, Hyakumachi M
  • Journal Title: Plant Pathol Volume: (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular characterization and pathogenicity of binucleate Rhizoctonia AG-F associated to the watermelon vine decline in Italy (2012)
  • Author(s): Aiello D, Vitale A, Hyakumachi M, Polizzi G
  • Journal Title: Plant Pathol Volume: (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characteristics of core promoter types with respect to gene structure and expression in Arabidopsis thaliana (2011)
  • Author(s): Yamamoto YY, Yoshioka Y, Hyakumachi M, Obokata J
  • Journal Title: DNA Res Volume: 18 Pages: 333-342
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Prediction of transcriptional regulatory elements for plant hormone responses based on microarray data (2011)
  • Author(s): Yamamoto YY, Yoshioka Y, Hyakumachi M, Maruyama K, Yamaguchi-Shinozaki K, Tokizawa M, Koyama H
  • Journal Title: BMC Plant Biol Volume: 11 Pages: 39
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A common sequence motif involved in selection of transcription start sites of Arabidopsis and budding yeast tRNA genes (2011)
  • Author(s): Yukawa Y, Dieci G, Alzapiedi M, Hiraga A, Hirai K, Yamamoto YY, Sugiura M
  • Journal Title: Genomics Volume: 97172 Pages: 166
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A High-Throughput Screening System for Arabidopsis Transcription Factors and Its Application to Med25-Dependent Transcriptional Regulation (2011)
  • Author(s): Ou B, Yin K-Q, Liu S-N, Yang Y, Gu T, Man J, Hui W, Zhang L, Miao J, Kondou Y, Matsui M, Gu H-Y, Qu L-J
  • Journal Title: Mol Plant Volume: 4 Pages: 546-555
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] CUP-SHAPED COTYLEDON1 transcription factor activates the expression of LSH4 and LSH3, two members of the ALOG gene family, in shoot organ boundary cells (2011)
  • Author(s): Takeda S, Hanano K, Kariya A, Shimizu S, Zhao L, Matsui M, Tasaka M, Aida M
  • Journal Title: Plant J Volume: 66 Pages: 1066-1077
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] FOX-superroots of Lotus corniculatus, overexpressing Arabidopsis full-length cDNA, show stable variations in morphological traits (2011)
  • Author(s): Himuro Y, Tanaka H, Hashiguchi M, Ichikawa T, Nakazawa M, Seki M, Fujita M, Shinozaki K, Matsui M, Akashi R, Hoffmann F
  • Journal Title: J Plant Physiol Volume: 168 Pages: 181-187
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Programmed induction of endoreduplication by DNA double-strand breaks in Arabidopsis (2011)
  • Author(s): Adachi S, Minamisawa K, Okushima Y, Inagaki S, Yoshiyama K, Kondou Y, Kaminuma E, Kawashima M, Toyoda T, Matsui M, Kurihara D, Matsunaga S, Umeda M
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci USA Volume: 108 Pages: 10004-10009
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Primavesi LF, Paul MJ, Schluepmann H. (2011) Growth arrest by trehalose-6-phosphate : an astonishing case of primary metabolite control over growth by way of the SnRK1 signaling pathway (2011)
  • Author(s): Delatte XL, Sedijani P, Kondou Y, Matsui M, de Jong GJ, Somsen GW, Wiese-Klinkenberg A, Primavesi LF, Paul MJ, Schluepmann H
  • Journal Title: Plant Physiol Volume: 157 Pages: 160-174
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Functional analysis of two isoforms of leaf-type ferredoxin-NADP+-oxidoreductase in rice using heterologous expression system of Arabidopsis thaliana (2011)
  • Author(s): Higuchi-Takeuchi M, Ichikavva T, Kondou Y, Matsui K, Hasegawa Y, Kawashima M, Sonoike K, Mori M, Hirochika H, Matsui M
  • Journal Title: Plant Physiol Volume: 157 Pages: 96-108
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Metabolomics reveals comprehensive reprogramming involving two independent metabolic responses of Arabidopsis to UV-B light (2011)
  • Author(s): Kusano M, Tohge T, Fukushima A, Kobayashi M, Hayashi N, Otsuki H, Kondou Y, Goto H, Kawashima M, Matsuda F, Niida R, Matsui M, Saito K, Fernie AR
  • Journal Title: Plant J Volume: 67 Pages: 354-369
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Screening for resistance against Pseudomonas syringae in rice-FOX Arabidopsis lines identified a putative receptor-like cytoplasmic kinase gene that confers resistance to major bacterial and fungal pathogens in Arabidopsis and rice (2011)
  • Author(s): Dubouzet JG, Maeda S, Sugano S, Ohtake M, Hayashi N, Ichikawa T, Kondou Y, Kuroda H, Horii Y, Matsui M, Oda K, Hirochika H, Takatsuji H, Mori M
  • Journal Title: Plant Biotechnol J Volume: 9 Pages: 466-485
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A novel chloroplast protein, CEST induces tolerance to multiple environmental stresses and reduces photooxidative damage in transgenic Arabidopsis (2011)
  • Author(s): Yokotani N, Higuchi M, Kondou Y, Ichikawa T, Iwabuchi M, Hirochika H, Matsui M, Oda K
  • Journal Title: J Exp Bot Volume: 62 Pages: 557-569
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Condensin II Alleviates DNA Damage and Is Essential for Tolerance of Boron Overload Stress in Arabidopsis (2011)
  • Author(s): Sakamoto T, Inui YT, Uraguchi S, Yoshizumi T, Matsunaga S, Mastui M, Umeda M, Fukui K, Fujiwara T
  • Journal Title: Plant Cell Volume: 23 Pages: 3533-3546
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The plant growth-promoting fungus Fusarium equiseti and the arbuscular mycorrhizal fungus Glomus mosseae stimulate plant growth and reduce severity of anthracnose and damping-off diseases in cucumber (Cucumis sativus) seedlings (2011)
  • Author(s): Saldajeno MGB, Hyakumachi M
  • Journal Title: Annu Appl Biol Volume: 159 Pages: 28-40
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Biological control of Fusarium wilt of tomato with Fusarium equiseti GF191 in both rock wool and soil systems (2011)
  • Author(s): Horinouchi H, Watanabe H, Taguchi Y, Muslim A, Hyakumachi M
  • Journal Title: BioControl Volume: 56 Pages: 915-923
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Plant growth-promoting fungus, Trichoderma koningi suppresses isoflavonoid phytoalexin vestitol production for colonization on/in the roots of Lotus japonicus (2011)
  • Author(s): Masunaka A, Hyakumachi M, Takenaka S
  • Journal Title: Microbes Environ Volume: 26 Pages: 128-134
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The genetic profile and molecular diagnosis of thiophanate-methyl resistant strains of Fusarium asiaticum in Japan (2011)
  • Author(s): Suga H, Nakajima T, Kageyama K, Hyakumachi M
  • Journal Title: Fungal Biol Volume: 115 Pages: 1244-1250
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Talaromyces wortmannii FS2 emits β-caryphyllene, which promotes plant growth and induce resistance (2011)
  • Author(s): Yamagiwa Y, Inagaki Y, Ichinose Y, Toyoda K, Hvakumachi M, Shiraishi T
  • Journal Title: J Gen Plant Patho Volume: 77 Pages: 336-341
  • Peer Reviewed
• [Presentation] マイクロアレイデータに基づいた植物生育促進菌類Penicillium simplicissimum GP17-2株によって誘導される植物の全身的抵抗性に関する転写制御配列の予測 (2012)
  • Author(s): 吉岡洋平、日恵野綾香、Most.Hushna Ara Naznin、百町満朗、時澤睦朋、小林佑理子、小山博之、井内聖、小林正智、圓山恭之進、篠崎和子、坂井優作、趙成日、山本義治
  • Organizer: 日本植物病理学会年会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2012-03-29
• [Presentation] Large-scale analysis of transcription start sites of Arabidopsis thaliana by next generation sequencer (2012)
  • Author(s): M Tokizawa, H Yamanaka, Y Kobayashi, H Koyama, T Sakurai, A Kurotani, K Shinozaki, Y Suzuki, S Sugano, J Obokata, YY Yamamoto
  • Organizer: 1st International Symposium on Plant Environmental Sensing
  • Place of Presentation: 奈良
  • Year and Date: 2012-03-20
• [Presentation] Prediction of transcriptional regulatory elements for response to environmental stress" 1st International Symposium on Plant Environmental Sensing (2012)
  • Author(s): Y Yoshioka, A Hieno, Naznin HA, M Hyakumachi, M Tokizawa, Y Kobayashi, H Koyama, S Iuchi, M Kobayashi, K Maruyama, K Yamaguchi-Shinozaki, Y Sakai, C-R Zhao, YY Yamamoto
  • Organizer: 1st International Symposium on Plant Environmental Sensing
  • Place of Presentation: 奈良
  • Year and Date: 2012-03-20
• [Presentation] ppdb, Plant Promoter Database (2012)
  • Author(s): A Hieno, N Sato, D Lang, S Rensing, T Nishiyama, M Hasebe, J Obokata, YY Yamamoto
  • Organizer: 1st International Symposium on Plant Environmental Sensing
  • Place of Presentation: 奈良
  • Year and Date: 2012-03-20
• [Presentation] マイクロアレイデータをもとにした金属イオンストレス応答を担う転写制御配列の予測 (2012)
  • Author(s): 趙成口、時澤睦朋、澤木宣忠、小林安文、小林佑理子、小山博之、吉岡洋平、百町満朗、山本義治
  • Organizer: 日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2012-03-16
• [Presentation] 有用微生物による病害抵抗性誘導時の気孔開度を制御する転写制御配列のin silico予測 (2012)
  • Author(s): 日恵野綾香、Most.Hushna Ara Naznin、吉岡洋平、百町満朗、時澤睦朋、小林佑理子、小山博之、井内聖、小林正智、光出展隆、高木優、坂井優作、趙成日、山本義治
  • Organizer: 日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2012-03-16
• [Presentation] 遺伝子重複領域内のATG開始コドンが転写状態に与える影響について (2012)
  • Author(s): 佐藤壮一郎、松尾充啓、工藤久幸、木村宏、中邨真之、山本義治、小保方潤一
  • Organizer: 日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2012-03-16
• [Presentation] 高等植物において遺伝子コード領域の存在は転写型シーンサイレンシングを抑制する (2012)
  • Author(s): 松尾充啓、佐藤壮一郎、工藤久幸、安井孝彰、中邨真之、木村宏、山本義治、小保方潤一
  • Organizer: 日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2012-03-16
• [Presentation] マイクロアレイデータに基づいた有用微生物によって誘導される植物の全身的抵抗性に関する転写制御配列の予測 (2012)
  • Author(s): 吉岡洋平、日恵野綾香、Most.Hushna Ara Naznin、百町満朗、時澤睦朋、小林佑理子、小山博之、井内聖、小林正智、圓山恭之進、篠崎和子、坂井優作、趙成日、山本義治
  • Organizer: 日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2012-03-16
• [Presentation] 次世代シークエンサーを用いたシロイヌナズナの転写開始位置のゲノムワイドな解析 (2012)
  • Author(s): 時澤睦朋、山中啓史、小林佑理子、小山博之、櫻井哲也、黒谷篤之、篠崎一雄、鈴木穣、菅野純夫、小保方潤一、山本義治
  • Organizer: 日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2012-03-16
• [Presentation] 転写制御配列予測を用いた光ストレス応答性遺伝子ELIP2のプロモーター解析 (2012)
  • Author(s): 坂井優作、吉岡洋平、百町満朗、時澤睦朋、小林佑理子、小山博之、井内聖、小林正智、石野はるか、山本義治
  • Organizer: 日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2012-03-16
• [Presentation] 遺伝子重複領域内のATG開始コドンの保存性が転写状態の持続性に及ぼす影響について (2011)
  • Author(s): 佐藤壮一郎、松尾充啓、工藤久幸、木村宏、中邨真之、山本義治、小保方潤一
  • Organizer: 日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2011-12-16
• [Presentation] 超並列型Illumina DNAシークエンサーを用いたシロイヌナズナ転写開始点の大規模解析 (2011)
  • Author(s): 櫻井哲也、黒谷篤之、鈴木穣、菅野純夫、小保方潤一、時澤睦朋、山中啓史、小林佑理子、小山博之、山本義治
  • Organizer: 日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2011-12-16
• [Presentation] 植物生育促進菌類Penicillium simplicissimum GP17-2株によって誘導される植物の全身的抵抗性に関するトランスクリプトーム解析 (2011)
  • Author(s): 吉岡洋平、Naznin Hushna Ara、日恵野綾香、百町満朗、山本義治
  • Organizer: 日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2011-12-16
• [Presentation] 移動型土壌病原菌を繰り返し接種した土壌に集積する微生物相の解析 (2011)
  • Author(s): 吉岡洋平、久野修平、清水将文、百町満朗
  • Organizer: 土壌微生物学会大会
  • Place of Presentation: 大崎
  • Year and Date: 2011-11-26
• [Presentation] Rhizoctona solani、Sclerotium rolfsiiおよび非病原性2核Rhizoctoniaの繰返し接種に伴うTrichoderma spp.の選択的集積と発病抑止性との関連 (2011)
  • Author(s): 矢野修平、吉岡洋平、清水将文、百町満朗
  • Organizer: 日本病理学会関西支部会
  • Place of Presentation: 高松
  • Year and Date: 2011-10-01
• [Presentation] 植物プロモーターをデコードする (2011)
  • Author(s): 山本義治
  • Organizer: 日本遺伝学会ワークショップ「植物ゲノム研究の最近のトピック」
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2011-09-20
• [Presentation] 植物の核ゲノムにはATG開始コドンを介したプロモーター機能領域の出現メカニズムがある (2011)
  • Author(s): 松尾充啓、佐藤壮一郎、工藤久幸、本村宏、中邨真之、山本義治、小保方潤一
  • Organizer: 日本遺伝学会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2011-09-20
• [Presentation] 植物ゲノム上でのプロモーター機能領域の出現に対するATG開始コドンの役割 (2011)
  • Author(s): 佐藤壮一郎、松尾充啓、工藤久幸、木村宏、中邨真之、山本義治、小保方潤一
  • Organizer: 日本植物学会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2011-09-18
• [Presentation] ゲノム時代のプロモーター解析 (2011)
  • Author(s): 山本義治
  • Organizer: 日本植物細胞分子生物学会シンポジウム「植物の逆遺伝学的解析技術はどこまで来たか」
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2011-09-07
• [Presentation] 植物の環境応答:フィトクロムとフォトトロピン (2011)
  • Author(s): 山本義治
  • Organizer: 岐阜県高等学校生物部会研究大会
  • Place of Presentation: 岐阜
  • Year and Date: 2011-08-18
• [Presentation] マイクロアレイデータを用いたイオンストレス転写制御配列予測 (2011)
  • Author(s): 時澤睦朋、Radhouane Chaffai、趙成日、山本義治、小山博之
  • Organizer: 日本土壌肥料学会
  • Place of Presentation: 筑波
  • Year and Date: 2011-08-10
• [Presentation] シロイヌナズナのTSS解析 (2011)
  • Author(s): 山本義治
  • Organizer: 遺伝研研究会「次世代シーケンシング時代の分子進化研究」
  • Place of Presentation: 三島
  • Year and Date: 2011-04-27
• [Remarks]
  • URL: http://www1.gifu-u.ac.jp/~yyy/