オーキシン極性輸送に関する理論的・実験的研究

• Project Area: Multidimensional Exploration of Logics of Plant Development
• Project/Area Number: 26113513
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 古谷 将彦 奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 准教授 (10432593)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥11,440,000 (Direct Cost: ¥8,800,000、Indirect Cost: ¥2,640,000); Fiscal Year 2015: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2014: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
• Keywords: オーキシン極性輸送 / 数理モデル / FRETセンサー / コンピューターシュミレーション / FRETバイオセンサー

Outline of Annual Research Achievements

理論的研究においては、前年度に構築した一次元数理モデルをもとに二次元数理モデルを構築し、コンピューターシミュレーションを行った。その結果、二次元細胞シート上にスポット状のオーキシン蓄積を生じるオーキシン極性輸送や、ライン状のオーキシン蓄積を形成するオーキシン極性輸送がコンピューター上に現れた。これらのオーキシン極性輸送は茎頂分裂組織の表層や葉脈パターン形成において観察されるものに似ており、我々が提案する細胞内オーキシン駆動型の極性輸送モデルの蓋然性を示すことができた。
上記数理モデルの仮定の一つである細胞内オーキシンの不等分布を実証するために、蛍光共鳴エネルギー移動（FRET）を利用した新たなオーキシンバイオセンサーの構築を行った。オーキシン受容体TIR1とリガンドAux/IAAのオーキシン依存的な相互作用を利用した１分子FRETバイオセンサーを作製した。オーキシン受容体としてTIR1の全長、リガンドとしてIAA7のドメインIIを１分子FRETセンサー用ベクターに導入した。まずは、大腸菌で発現させ精製したオーキシンFRETセンサーに対してin vitro FRET解析を行った。TIR1とIAA7のドメインIIをバイオセンサーに組み込んだ場合、低濃度のオーキシンの投与によりFRET効率がわずかに上昇した。次に、作製したFRETバイオセンサーを培養細胞において一過的に発現させ、蛍光寿命の減退速度を計測する蛍光寿命測定解析を行った。その結果、FRETセンサーを発現させたプロトプラストにおいて、オーキシン投与により10 %程度の蛍光寿命の減少が確認された。以上の解析結果から、無細胞系およびプロトプラストにおいてオーキシンに応答してFRETが起きるバイオセンサーを開発することができたと考えられる。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Hayashi K, Nakamura S, Fukunaga S, Nishimura T, Jenness MK, Murphy AS, Motose H, Nozaki H, Furutani M, Aoyama T. (2014)
  • Author(s): Auxin transport sites are visualized in planta using fluorescent auxin analogs.
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci U S A. Volume: 111 Issue: 31 Pages: 111557-111562
  • DOI: 10.1073/pnas.1408960111
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The CUC1 and CUC2 genes promote carpel margin meristem formation during Arabidopsis gynoecium development (2014)
  • Author(s): Kamiuchi Y, Yamamoto K, Furutani M,Tasaka M, Aida M
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 5 Pages: 165-165
  • DOI: 10.3389/fpls.2014.00165
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Mitochondria-derived reactive oxygen species are required for polar auxin transport in Arabidopsis organ formation (2015)
  • Author(s): Furutani M. and Tasaka M.
  • Organizer: International Conference for Plant Mitochondrial Biology
  • Place of Presentation: マーキュリーホテル ヴロツワフ（ポーランド・ヴロツワフ）
  • Year and Date: 2015-05-18 – 2015-05-19
• [Presentation] Mitochondria-derived reactive oxygen species are required for polar auxin transport in Arabidopsis organ formation. (2015)
  • Author(s): Furutani M., Tasaka M.
  • Organizer: 9th International Conference for Plant Mitochondrial Biology
  • Place of Presentation: Wroclaw, Poland
  • Year and Date: 2015-05-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The MAB4-PID signaling complex controls PIN dynamics on the plasma membrane (2015)
  • Author(s): Furutani M. and Tasaka M.
  • Organizer: 第５６回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 東京農業大学（東京都世田谷区）
  • Year and Date: 2015-03-18
• [Presentation] The MAB4-PID signaling complex controls PIN dynamics on the plasma membrane (2015)
  • Author(s): Furutani M. and Tasaka M.
  • Organizer: Plant Organ Growth Symposium
  • Place of Presentation: ゲント大（ベルギー・ゲント）
  • Year and Date: 2015-03-11 – 2015-03-12
• [Presentation] The MAB4-PID signaling complex controls PIN dynamics on the plasma membrane (2014)
  • Author(s): Furutani M. and Tasaka M.
  • Organizer: The 5th NIBB-MPIPZ-TLL合同シンポジウム
  • Place of Presentation: マックスプランク研究所（ドイツ・ケルン）
  • Year and Date: 2014-11-25 – 2014-11-26
• [Presentation] The MAB4-PID signaling complex controls PIN dynamics on the plasma membrane (2014)
  • Author(s): Furutani M. and Tasaka M.
  • Organizer: 内藤コンファレンス「Molecule-based biological systems」
  • Place of Presentation: シャトレーゼ ガトーキングダム サッポロ（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2014-10-08 – 2014-10-09