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
| Project Area | Multimode autophagy: Diverse pathways and selectivity |
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| Project/Area Number |
19H05713
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Biological Sciences
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| Research Institution | Meiji University |
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Principal Investigator |
吉本 光希 明治大学, 農学部, 専任教授 (40399316)
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥66,820,000 (Direct Cost: ¥51,400,000、Indirect Cost: ¥15,420,000)
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)
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| Keywords | オートファジー / 液胞 / 分解 / 植物 / オルガネラ / 環境ストレス |
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| 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。
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| 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）。
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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
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。
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| 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。
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Report
(2 results)
Research Products
(19 results)
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[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.
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Journal Title
Plant J.
Volume: 105
Pages: 1083-1097
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[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.
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Journal Title
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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