2012 Fiscal Year Annual Research Report
気孔開閉調節分子と特定アクアポリンの高濃度ＣＯ２への応答とＣＯ２供給系の理解
Publicly Offered Research
| Project Area | Comprehensive studies of plant responses to high CO2 world by an innovative consortium of ecologists and molecular biologists |
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| Project/Area Number |
24114706
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
前島 正義 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (80181577)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | 情報伝達 / 細胞膜 / アクアポリン / 高CO2 / 気孔 / 高温応答 |
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| Research Abstract |
気孔開閉調節に関わるタンパク質PCaP1およびCO2透過性アクアポリンPIP1に焦点を当て、生理機能の作動機構を明らかにし、高濃度CO2下での両分子のCO2供給システムにおける役割とそれに関わる量的・機能的調節を解明することを課題とした。新規のCa結合タンパク質であるPCaP1は細胞膜に局在し、情報伝達にかかわるカルモジュリンとホスファチジルイノシトールリン酸（PtdInsPs）と結合する。PCaP1は孔辺細胞にも発現し、その遺伝子欠失pcap1株の葉では暗条件での気孔閉口に障害が生ずることが明らかになった。気孔閉口に関連して、野生株は高濃度Caにより閉口するがpcap1株は応答しない、また野生株では1 uMのアブシジン酸（ABA）によっても閉口するがpcap1株は応答しないなど、pcap1株では閉口刺激となる因子への応答性が顕著に低下していることを明らかにした。また、高CO2条件下では野生株に比してpcap1株は初期生育性が高いという特徴も見出した。これは、暗期でも気孔が開いていることが、養分吸収等にプラスに作用するものと推定される。
一方、多様なアクアポリン分子種の中でも細胞膜局在性のPIP1は複数の植物でCO2透過性が認められており、申請者らはPIP1の量の減少がCO2固定能の低下をもたらすことを見出している。PIP1分子種の個別遺伝子欠失株では、通常条件及び高CO2条件での表現型を見出すことはできなかった。そこで、今年度は、複数のPIP1遺伝子の二重破壊株の調製を進めた。また、高濃度CO2環境はやがては高温化に向かうこととなるので、高温に顕著に応答するPIP2;3の発現制御についても詳細を解析し、とくに今年度は高温応答に必要な調節遺伝子cis領域の解析をスタートさせた。次年に向けて成果をまとめる。
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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
新規の情報伝達分子について、独自の現象について研究を展開しており、周辺情報を自らの実験により拾い上げる必要があり研究の困難さをともなっているが、本新学術領域の研究者の協力を得て具体的な作動機構の解明の手がかりを得ることができた。また、アクアポリンについては、高CO2環境下での生育だけではなく、評価委員からのサジェスチョンもあり高温応答性にも目を向けた所、顕著に高温応答性を示すアクアポリン分子種を見出すことができ、その発現誘導の詳細の手がかり、あるいは発現上昇の生理的変化を解明できつつある。
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| Strategy for Future Research Activity |
新規情報伝達分子PCaP1
外気CO2濃度の変化に対応してPCaP1遺伝子発現とタンパク質蓄積量が根およびシュートでどのように変動するかを、mRNAの定量を進める。 一般に高濃度CO2で気孔は閉じるが、本遺伝子欠失株および変異型PCaP1発現株での高CO2濃度への適応に異常がないかを新しい実験手法も組入れて分析する。さらにPCaP1遺伝子過剰発現株・変異型PCaP1発現株を作製し、CO2濃度の変化および明暗条件での気孔開口度、植物の生育、形態を分析する。PCaP1におけるCaM/Ca、遊離Ca2+それぞれの結合領域を解明すると同時に、PCaP1と相互作用する新たな分子の検索を進める。リガンドとの結合が分子間・分子内相互作用に与える影響を解析する。
CO2透過性PIP1
シロイヌナズナにはPIP1;1からPIP1;5まで5分子種が存在する。いずれが高CO2濃度に対応して量的変化を示すのかを明らかにする。その結果を考慮して、特異抗体を用いてPIP1タンパク質量の変化を分析し、寄与度の高い分子種を特定する。一方、ユーカリではPIP1の量が減少するとCO2固定能が低下し生育不良となることを見出しているので、シロイヌナズナPIP1各分子種の遺伝子破壊株および二重破壊株を確保し、通常条件と高CO2濃度下での光合成能、生育への影響を分析する。
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[Journal Article] The ABCA9 transporter facilitates seeds storage lipid synthesis at the endoplasmic reticulum.2013
Author(s)
Kim, S., Yamaoka, Y., Ono, H., Kim, H., Shim, D., Maeshima, M., Martinoia, E., Cahoon, E.B., Nishida, I., and Lee, Y.
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Journal Title
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A
Volume: 110
Pages: 773-778
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Arabidopsis TWISTED DWARF1 functionally interacts with auxin experter ABCB1 on the root plasma membrane.2013
Author(s)
Wang, B., Bailly, A., Zwiewka, M., Henrichs, S., Azzarello, E., Mancuso, S., Maeshima, M., Friml, J., Schulz, A., Geisler, M.
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Journal Title
Plant Cell
Volume: 25
Pages: 202-214
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Amino acid screening based on structural modeling identifies critical residues for function, ion selectivity and structure of Arabidopsis MTP1.2012
Author(s)
Kawachi, M., Kobae, Y., Kogawa, S., Mimura, T., Kraemer, U., Maeshima, M.
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Journal Title
FEBS Journal
Volume: 279
Pages: 2339-2356
DOI
Peer Reviewed
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