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様々なタイプのオートファジーによる植物の高次機能発現

Planned Research

Project AreaMultimode autophagy: Diverse pathways and selectivity
Project/Area Number 19H05713
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Biological Sciences
Research InstitutionMeiji University

Principal Investigator

吉本 光希  明治大学, 農学部, 専任教授 (40399316)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 海老根 一生  基礎生物学研究所, 細胞動態研究部門, 助教 (90590399)
Project Period (FY) 2019-06-28 – 2024-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥66,820,000 (Direct Cost: ¥51,400,000、Indirect Cost: ¥15,420,000)
Fiscal Year 2023: ¥13,000,000 (Direct Cost: ¥10,000,000、Indirect Cost: ¥3,000,000)
Fiscal Year 2022: ¥13,000,000 (Direct Cost: ¥10,000,000、Indirect Cost: ¥3,000,000)
Fiscal Year 2021: ¥13,000,000 (Direct Cost: ¥10,000,000、Indirect Cost: ¥3,000,000)
Fiscal Year 2020: ¥11,960,000 (Direct Cost: ¥9,200,000、Indirect Cost: ¥2,760,000)
Fiscal Year 2019: ¥15,860,000 (Direct Cost: ¥12,200,000、Indirect Cost: ¥3,660,000)
Keywordsオートファジー / 液胞膜 / クロロファジー / 栄養欠乏 / ミクロオートファジー / 液胞 / 分解 / 植物 / オルガネラ / 環境ストレス
Outline of Research at the Start

植物は一度大地に芽生えると移動することができないため独自の環境応答機能を進化させており、他の生物とは一線を画していると考えられる。
本研究計画では、独立栄養生物であるが故に存在する様々なタイプのオートファジー機構の解明、およびそれらによる植物の高次機能発現の解明を目的とし、その成果をもとに、植物オートファジーの環境応答機能としての重要性を理解し他の生物と比較しながら植物の巧みな生存戦略の一端を紐解く。
具体的には、カルス形成における植物マクロオートファジーの役割、亜鉛欠乏下における植物マクロオートファジーの役割、アンモニアストレス下におけるマクロ・ミクロオートファジーの膜動態とその連携を解明する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究計画では、独立栄養生物であるが故に存在する様々なタイプのオートファジー機構の解明、およびそれらによる植物の高次機能発現の解明を目的とし、その成果をもとに、植物オートファジーの環境応答機能としての重要性を理解して他の生物と比較しながら植物の巧みな生存戦略の一端を紐解くことを目指す。今年度は以下の課題を推進した。
①栄養欠乏下における植物マクロオートファジーの役割
前年度、オートファジーは,亜鉛欠乏下で植物の細胞内亜鉛のリサイクルを促進し,葉のクロロシスを抑制することを明らかにしたが,亜鉛欠乏環境に直接さらされる根におけるオートファジーが地上部の表現型に影響を与えた可能性が考えられた。そこで、野生型とオートファジー不能植物を用いて接木実験を行い,オートファジー分解による亜鉛補給メカニズムは植物全体のシステミックなシステムではなく局所的であることを明らかにした(Shinozaki et al., Plant Signal. & Behav., 2020)。
また、亜鉛過剰下では植物は鉄の吸収阻害により鉄欠乏に陥るが、オートファジーが細胞内の多様な自己成分を分解することで、鉄イオンを回収し必要箇所へ再供給することで亜鉛毒性耐性を獲得していることを明らかにした(Shinozaki et al., Plant Cell Physiol., 2021)。
②ストレス下におけるマクロ・ミクロオートファジーの膜動態とその連携
アンモニアストレス下においてマクロオートファジーがオートファゴソームと液胞膜との融合ステップで阻害され,その一方で,液胞膜が陥入して細胞質成分を液胞内に輸送し分解するミクロオートファジーが活性化することを発見した。本発見は,未だ不明の植物ミクロオートファジーの分子機構解明に向けた新規研究ツールになり得る(Robert et al., Plant J., 2021)。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

必須微量栄養素の中でも亜鉛に着目し、その欠乏下および過剰下における植物マクロオートファジーの役割について、明らかにし、原著論文を2報発表した。また、新たに、リン酸欠乏下におけるマクロオートファジーの役割を明らかにした。さらに、アンモニアストレス下においてマクロオートファジーがオートファゴソームと液胞膜との融合ステップで阻害され,その一方で,液胞膜が陥入して細胞質成分を液胞内に輸送し分解するミクロオートファジーが活性化することを発見した。これらについても原著論文をそれぞれ一報ずつ発表しており、おおむね順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

ストレス下におけるマクロ・ミクロオートファジーの膜動態とその連携について、アンモニアストレス条件下ではマクロオートファジーのフラックスが阻害され、一方でミクロオートファジーが誘導されることを見出した。本条件を使い、これまで、数個のマクロオートファジー関連因子・ATGタンパク質についてミクロオートファジーに関与するか調べたが、引き続き他のATGタンパク質についても調査する。
また、ミクロオートファジーだけに関与する新規因子の単離・同定のためのスクリーニングを行う。既に、液胞膜を可視化できるトランスジェニック植物の種子をEMSで変異原処理し、自家受粉させた後のM2種子を獲得済みであり、共焦点レーザー顕微鏡観察によるスクリーニングを順次行う。候補変異体がある程度取得できた後、それらの全ゲノム配列を次世代シーケンサーで解析し、変異遺伝子を特定する。

Report

(2 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report

Research Products

(19 results)

All 2021 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 3 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 3 results)

  • [Int'l Joint Research] アルゼンチン国立農牧技術院(アルゼンチン)

    • Country Name
      ARGENTINA
    • Counterpart Institution
      アルゼンチン国立農牧技術院
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] フランス国立農学研究所(フランス)

    • Country Name
      FRANCE
    • Counterpart Institution
      フランス国立農学研究所
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] フランス国立農学研究所/フランスの国立科学研究センター(フランス)

    • Country Name
      FRANCE
    • Counterpart Institution
      フランス国立農学研究所/フランスの国立科学研究センター
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Journal Article] Ammonium stress increases microautophagic activity while impairing macroautophagic flux in Arabidopsis roots2021

    • Author(s)
      Robert, G., Yagyu, M., Koizumi, T., Naya, L., Masclaux-Daubresse, C., and Yoshimoto, K.
    • Journal Title

      Plant J.

      Volume: 105 Pages: 1083-1097

    • DOI

      10.1111/tpj.15091

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] RCB-mediated chlorophagy caused by oversupply of nitrogen suppresses phosphate-starvation stress in plants2021

    • Author(s)
      Yoshitake, Y., Nakamura, S., Shinozaki, D., Izumi, M., Yoshimoto, K., Ohta, H., and Shimojima, M.
    • Journal Title

      Plant Physiol.

      Volume: 185 Pages: 318-330

    • DOI

      10.1093/plphys/kiaa030

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      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Importance of non-systemic leaf autophagy for suppression of zinc starvation induced-chlorosis2020

    • Author(s)
      Shinozaki, D., Notaguchi, M., and Yoshimoto, K.
    • Journal Title

      Plant Signal. Behav.

      Volume: 15 Pages: 1-4

    • DOI

      10.1080/15592324.2020.1746042

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Editorial: Organelle autophagy in plant development2020

    • Author(s)
      Izumi, M., Yoshimoto, K., and Batoko H.
    • Journal Title

      Front. Plant Sci.

      Volume: 11 Pages: 1-2

    • DOI

      10.3389/fpls.2020.00502

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Autophagy increases zinc bioavailability to avoid light-mediated reactive oxygen species production under zinc deficiency.2020

    • Author(s)
      6.Shinozaki D, Merkulova A. E, Naya L, Horie T, Kanno Y, Seo M, Ohsumi Y, Masclaux-Daubresse C, *Yoshimoto K.
    • Journal Title

      Plant Physiol.

      Volume: 182 Pages: 1284-296

    • DOI

      10.1104/pp.19.01522

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 植物の必須栄養素から考える植物オートファジーの重要性2019

    • Author(s)
      吉本光希
    • Journal Title

      生化学

      Volume: 91 Pages: 652-658

    • DOI

      10.14952/SEIKAGAKU.2019.910652

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Autophagy and nutrients management in plants.2019

    • Author(s)
      7.Chen Q, Shinozaki D, Luo J, Pottier M, Have M, Marmagne A, Reisdorf-Cren M, Chardon F, Thomine S, Yoshimoto K, *Masclaux-Daubresse C.
    • Journal Title

      Cells

      Volume: 8 Pages: e1426

    • DOI

      10.3390/cells8111426

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] リン酸リサイクルにおけるオートファジーの重要性2021

    • Author(s)
      吉竹悠宇志、吉本光希
    • Organizer
      日本植物生理学会年会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] アンモニアストレス下におけるマクロ・ミクロオートファジーの膜動態2020

    • Author(s)
      吉本光希
    • Organizer
      日本生化学会大会
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      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 選択的・非選択的オートファジーによる植物生体内恒常性維持2020

    • Author(s)
      吉本光希
    • Organizer
      植物オルガネラワークショップ
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      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 主根伸長における小胞体局在SNAREタンパク質の役割2020

    • Author(s)
      吉竹悠宇志,早坂渉,吉本光希
    • Organizer
      日本植物生理学会年会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] オートファジーによる亜鉛の再利用効率向上は,亜鉛欠乏時の葉緑体でのヒドロキシラジカルの生成を抑制する2020

    • Author(s)
      篠崎大樹,Ekaterina Merkulova,Loreto Naya,Celine Masclaux-Daubresse,吉本光希
    • Organizer
      日本植物生理学会年会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 植物オートファジーによる亜鉛の生物的利用能の向上2019

    • Author(s)
      篠崎 大樹, Ekaterina A. Merkulova, Loreto Naya, 堀江 哲郎, 大隅 良典, Celine Masclaux-Daubresse, 吉本 光希
    • Organizer
      植物の栄養研究会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] カルス形成におけるオートファジーの役割2019

    • Author(s)
      宇津木優樹,岩瀬哲,吉本光希
    • Organizer
      オートファジー研究会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 様々なタイプのオートファジーによる植物の高次機能発現2019

    • Author(s)
      吉本光希
    • Organizer
      オートファジー研究会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Physiological roles of autophagy under Zn deficiency in plants.2019

    • Author(s)
      Yoshimoto, K.
    • Organizer
      International Conference on Food Factors
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2019-07-04   Modified: 2023-07-19  

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