環境ストレス耐性を付与するトランスポーターファミリーの網羅的解析

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Integrated analysis of strategies for plant survival and growth in response to global environmental changes
• Project/Area Number: 25119714
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 宮地 孝明 岡山大学, 自然生命科学研究支援センター, 准教授 (40550314)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: アスコルビン酸 / ビタミンC / トランスポーター / 光合成 / 葉緑体 / ストレス耐性

Outline of Annual Research Achievements

植物は環境ストレス耐性物質を産生し利用することで多くの環境ストレスに適応し生存している。アスコルビン酸（ビタミンC）は、植物においては光・酸化ストレスに耐性を付与する代謝産物であり、ミトコンドリアで合成され、葉緑体に運ばれ、光合成により生じた活性酸素の除去や、過剰な光エネルギーを熱放散する酵素の補酵素として働く。このためにはアスコルビン酸を葉緑体に輸送するトランスポーターが必要であるが、アスコルビン酸の輸送機構は長らく不明であった。
我々はシロイヌナズナのアスコルビン酸トランスポーター候補タンパク質を大腸菌に大量発現させ、膜画分を界面活性剤にて可溶化し、アフィニティー精製した。これを人工膜小胞に再構成し、アスコルビン酸輸送活性を測定した。その結果、AtPHT4;4タンパク質が膜電位差、塩素イオン依存的に還元型アスコルビン酸を輸送することを見いだした。間接蛍光抗体法より、AtPHT4;4は柵状組織の葉緑体に多く発現し、葉緑体の包膜に局在していることを明らかにした。この遺伝子を欠損したシロイヌナズナを調べると、葉の中の還元型アスコルビン酸含量が低下すること、さらに、光合成により生じた過剰な光エネルギーを熱放散する過程（非光化学消光）が阻害されることを明らかにした。
以上の結果より、AtPHT4;4が長年探し求められていた葉緑体のアスコルビン酸トランスポーターであると結論した。葉緑体のアスコルビン酸輸送を制御することによって、光ストレス下に適応できるストレス耐性能を備えた作物の作出が期待できる。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] AtPHT4;4 is a chloroplast-localized ascorbate transporter in Arabidopsis (2015)
  • Author(s): Miyaji T., Kuromori T., Takeuchi Y., Yamaji N., Yokosho K., Shimazawa A., Sugimoto E., Omote H., Ma J.F., Shinozaki K., Moriyama Y.
  • Journal Title: Nat. Commun. Volume: 6 Pages: 5928
  • DOI: 10.1038/ncomms6928
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Plasmodium falciparum chloroquine resistance transporter is a H+-coupled polyspecific nutrient and drug exporter (2015)
  • Author(s): Juge N., Moriyama S., Miyaji T., Kawakami M., Imai H., Fukui T., Nelson N., Omote H., Moriyama Y.
  • Journal Title: Proc. Natl Acad. Sci. USA Volume: 112 Pages: 3356-3361
  • DOI: 10.1-73/pnas.1417102112
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Wide expression of type I Na+/phosphate cotransporter 3 (NPT3/SLC17A2), a membrane potential-driven organic anion transporter (2015)
  • Author(s): Togawa N., Juge N., Miyaji T., Hiasa M., Omote H., Moriyama Y.
  • Journal Title: Am. J. Physiol. Cell Physiol. Volume: 未定 Pages: 未定
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Essential role of vesicular nucleotide transporter in vesicular storage and release of nucleotides in platelets (2014)
  • Author(s): Hiasa M., Togawa N., Miyaji T., Omote H., Yamamoto A., Moriyama Y.
  • Journal Title: Physiol. Rep. Volume: 2 Pages: e12034
  • DOI: 10.14814/phy2.12034
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Impairment of vesicular ATP release affects glucose metabolism and increases insulin sensitivity (2014)
  • Author(s): Sakamoto S., Miyaji T.,, Hiasa M., Ichikawa R., Iwatsuki K., Shibata A., Uneyama H., Takayanagi R., Yamamoto A., Omote H., Nomura M., Moriyama Y.
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 4 Pages: 6689
  • DOI: 10.1038/srep06689
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Identification of a mammalian vesicular polyamine transporter (2014)
  • Author(s): Hiasa M., Miyaji T., Haruna Y., Takeuchi T., Harada Y., Moriyama S., Yamamoto A., Omote H., Moriyama Y.
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 4 Pages: 6836
  • DOI: 10.1038/srep06836
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 葉緑体のアスコルビン酸トランスポーターの同定とその生理的役割 (2015)
  • Author(s): 宮地孝明、黒森崇、竹内優、山地直樹、横正健剛、嶋澤厚、杉本絵理子、表弘志、馬建鋒、篠崎一雄、森山芳則
  • Organizer: 日本薬学会第135年会
  • Place of Presentation: 神戸学院大学
  • Year and Date: 2015-03-25 – 2015-03-28
• [Presentation] クリーンバイオケミカル手法による植物トランスポーターの研究展開 (2015)
  • Author(s): 宮地孝明
  • Organizer: 第31回資源植物科学シンポジウム、第7回植物ストレス科学研究シンポジウム
  • Place of Presentation: 岡山大学
  • Year and Date: 2015-03-02 – 2015-03-03
  • Invited
• [Presentation] 新規ポリアミントランスポーターの同定とその機能解析 (2014)
  • Author(s): 宮地孝明、日浅未来、春名由佳、森山佐和子、表弘志、森山芳則
  • Organizer: 第87回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館
  • Year and Date: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [Presentation] 精製再構成手法によるストレス耐性物質トランスポーターの探索 (2014)
  • Author(s): 宮地孝明
  • Organizer: 日本植物学会第78回大会
  • Place of Presentation: 明治大学
  • Year and Date: 2014-09-12 – 2014-09-14
• [Patent(Industrial Property Rights)] アスコルビン酸トランスポーター (2014)
  • Inventor(s): 森山芳則、宮地孝明、表弘志、黒森崇、篠崎一雄
  • Industrial Property Rights Holder: 森山芳則、宮地孝明、表弘志、黒森崇、篠崎一雄
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: PCT/IB2014/063104
  • Filing Date: 2014-07-15
  • Overseas