生殖をモデルとした植物ホルモン機能拡張

• 研究領域: 植物新種誕生の原理―生殖過程の鍵と鍵穴の分子実態解明を通じて―
• 研究課題/領域番号: 16H06468
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 上口 美弥子 (田中美弥子) 名古屋大学, 生物機能開発利用研究センター, 教授 (70377795)
• 研究分担者: 松岡 信 名古屋大学, 生物機能開発利用研究センター, 教授 (00270992) ; 永江 峰幸 名古屋大学, シンクロトロン光研究センター, 助教 (90735771) ; 渡邉 信久 名古屋大学, シンクロトロン光研究センター, 教授 (70212321)
• 研究期間 (年度): 2016-06-30 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 119,600千円 (直接経費: 92,000千円、間接経費: 27,600千円); 2020年度: 19,500千円 (直接経費: 15,000千円、間接経費: 4,500千円); 2019年度: 19,500千円 (直接経費: 15,000千円、間接経費: 4,500千円); 2018年度: 19,500千円 (直接経費: 15,000千円、間接経費: 4,500千円); 2017年度: 29,250千円 (直接経費: 22,500千円、間接経費: 6,750千円); 2016年度: 31,850千円 (直接経費: 24,500千円、間接経費: 7,350千円)
• キーワード: gibberellin / GID1 / 進化 / X線結晶構造解析 / ジベレリン不活化酵素 / ジベレリン合成酵素 / ジベレリンシグナル伝達 / ジベレリン / 受容体 / X線構造解析 / ジベレリン生合成酵素 / 構造解析 / イネの生殖 / 植物の生殖 / 生殖 / 植物の生殖過程

研究成果の概要

ジベレリン（GA）は核内受容体GID1によって受容される。シダの造精器誘導がGID1-GAシステムを介することが明らかとなり(Science 2014)、GAは生殖ホルモンとして誕生し雄性器官の発達や受精に重要な役割を担うようになったと考えられる。一方、代表者はGID1-GAの構造解析結果から、構造情報の進化の理解に重要だと考えた。
本研究ではこれらを念頭に、(1)シダから種子植物までのGA-GID1の結合を調べ、(2) GAの合成・不活化酵素の構造・機能解析を行った。これらの解析から、生殖過程のGA生産と不活化の機構においてevolutionary arms raceが起きていると考えた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は、生殖過程における GA と受容体の共進化をX 線結晶構造解析と活性相関から明らかにするという極めて独創的な試みである。また、本研究により進められる植物タンパク質の構造解析に対するブレークスルーテクノロジーは、本新学術内だけではなく、植物研究全体に対して構造解析をより確実に行う技術であり、今後様々な植物生理現象や応用研究に波及できる可能性がある。

研究成果

• [雑誌論文] Making the “Green Revolution” Truly Green: improving crop nitrogen use efficiency (2021)
  • 著者名/発表者名: Wang Fanmiao、Yoshida Hideki、Matsuoka Makoto
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: - 号: 6 ページ: 942-947
  • DOI: 10.1093/pcp/pcab051
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] A common allosteric mechanism regulates homeostatic inactivation of auxin and gibberellin (2020)
  • 著者名/発表者名: Takehara Sayaka、Sakuraba Shun、Mikami Bunzo、Yoshida Hideki、Yoshimura Hisako、Itoh Aya、Endo Masaki、Watanabe Nobuhisa、Nagae Takayuki、Matsuoka Makoto、Ueguchi-Tanaka Miyako
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1
  • DOI: 10.1038/s41467-020-16068-0
• [雑誌論文] Future Strategy of Breeding: Learn by Two Important Genes of Miracle Rice (2020)
  • 著者名/発表者名: Kawai Kyosuke、Ueguchi-Tanaka Miyako、Matsuoka Makoto
  • 雑誌名: Molecular Plant 巻: 13 号: 6 ページ: 823-824
  • DOI: 10.1016/j.molp.2020.05.001
• [雑誌論文] Diverse panicle architecture results from various combinations of Prl5/GA20ox4 and Pbl6/APO1 alleles (2020)
  • 著者名/発表者名: Agata Ayumi、Ando Koki、Ota Sadayuki、Kojima Mikiko、Takebayashi Yumiko、Takehara Sayaka、Doi Kazuyuki、Ueguchi-Tanaka Miyako、Suzuki Takamasa、Sakakibara Hitoshi、Matsuoka Makoto、Ashikari Motoyuki、Inukai Yoshiaki、Kitano Hidemi、Hobo Tokunori
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 3 号: 1
  • DOI: 10.1038/s42003-020-1036-8
• [雑誌論文] Evolution of GA Metabolic Enzymes in Land Plants (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Hideki、Takehara Sayaka、Mori Masaki、Ordonio Reynante Lacsamana、Matsuoka Makoto
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 61 号: 11 ページ: 1919-1934
  • DOI: 10.1093/pcp/pcaa126
• [雑誌論文] Special Issue on Gibberellin: A Fascinating Substance That Still Attracts Plant Scientists (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Hideki、Nakajima Masatoshi、Matsuoka Makoto
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 61 号: 11 ページ: 1829-1831
  • DOI: 10.1093/pcp/pcaa127
• [雑誌論文] GWAS with principal component analysis identifies a gene comprehensively controlling rice architecture (2019)
  • 著者名/発表者名: Yano Kenji、Morinaka Yoichi、Wang Fanmiao、Huang Peng、Takehara Sayaka、Hirai Takaaki、Ito Aya、Koketsu Eriko、Kawamura Mayuko、Kotake Kunihiko、Yoshida Shinya、Endo Masaki、Tamiya Gen、Kitano Hidemi、Ueguchi-Tanaka Miyako、Hirano Ko、Matsuoka Makoto
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 116 号: 42 ページ: 21262-21267
  • DOI: 10.1073/pnas.1904964116
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Is one‐line hybrid rice coming? (2019)
  • 著者名/発表者名: Hu Xingming、Wang Fanmiao、Matsuoka Makoto
  • 雑誌名: Journal of Integrative Plant Biology 巻: 61 号: 8 ページ: 908-910
  • DOI: 10.1111/jipb.12854
• [雑誌論文] Evolution and diversification of the plant gibberellin receptor GID1 (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Hideki、Tanimoto Eiichi、Hirai Takaaki、Miyanoiri Yohei、Mitani Rie、Kawamura Mayuko、Takeda Mitsuhiro、Takehara Sayaka、Hirano Ko、Kainosho Masatsune、Akagi Takashi、Matsuoka Makoto、Ueguchi-Tanaka Miyako
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 115 号: 33
  • DOI: 10.1073/pnas.1806040115
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] OsIDD2, a zinc finger and INDETERMINATE DOMAIN protein, regulates secondary cell wall formation. (2018)
  • 著者名/発表者名: Huang, P., Yoshida, H., Yano, K., Kinoshita, S., Kawai, K., Koketsu, E., Hattori, M., Takehara, S., Huang, J., Hirano, K., Ordonio, RL.＊＊, Matsuoka, M., Ueguchi-Tanaka, M.
  • 雑誌名: J Integr Plant Biol. 巻: 60 号: 2 ページ: 130-143
  • DOI: 10.1111/jipb.12557
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Small Organ Size 1 and Small Organ Size 2/Dwarf and Low Tillering form a Complex to Integrate Auxin and Brassinosteroid Signaling in Rice. (2017)
  • 著者名/発表者名: Hirano, K., Yoshida, H., Aya, K., Kawamura, M., Hayashi, M., Hobo, T., Sato-Izawa, K., Kitano, H., Ueguchi-Tanaka, M., Matsuoka, M.
  • 雑誌名: Molecular plant 巻: 10 号: 2 ページ: 590-604
  • DOI: 10.1104/pp.17.00301
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Small Organ Size 1 and Small Organ Size 2/Dwarf and Low Tillering form a Complex to Integrate Auxin and Brassinosteroid Signaling in Rice. (2017)
  • 著者名/発表者名: Hirano, K.
  • 雑誌名: Mol Plant. 巻: n/a 号: 4 ページ: 590-604
  • DOI: 10.1016/j.molp.2016.12.013
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ジベレリンシグナル伝達 ─ 受容体GID1と抑制因子DELLAの働き (2016)
  • 著者名/発表者名: 吉田英樹、上口（田中）美弥子
  • 雑誌名: 生物の科学 遺伝 巻: 70 ページ: 361-365
• [雑誌論文] ある種のシダにおいてジベレリンは時空間的なコミュニケーションツールとして使われてきた (2016)
  • 著者名/発表者名: 田中純夢、上口（田中）美弥子
  • 雑誌名: 化学と生物 巻: 55 ページ: 2-4
• [学会発表] イネの葯に発現するGA3-酸化酵素1の機能と進化的解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 河合恭甫, 樫尾徹, 森井南美, 竹原清日, 杉原諒彦, 吉村久子, 伊藤亜矢, 服部将子, 戸田陽介, 小嶋美紀子, 竹林裕美子, 古海弘康, 野々村賢一, 赤木剛士, 榊原均, 北野英己, 松岡信, 上口（田中）美弥子
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] イネ花粉のデンプン合成におけるジベレリンの作用 (2021)
  • 著者名/発表者名: 森井南美、杉原諒彦、河合恭甫、樫尾徹、伊藤亜矢、吉村久子、服部将子、竹原清日、松岡信、上口(田中）美弥子
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] イネ花器官におけるジベレリン3酸化酵素1及び2の役割分担 (2021)
  • 著者名/発表者名: 鈴木裕人,竹原清日,河合恭輔,杉原諒彦,森井南美,服部将子,吉村久子,上口（田中）美弥子
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] イネ花粉成熟期における糖化機構の解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 葉山旺, 河合恭甫, 杉原諒彦, 森井南美, 竹原清日, 水多陽子, 上口（田中）美弥子
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 植物ホルモン関連因子の構造生物学的解析に向けた試み (2020)
  • 著者名/発表者名: 2.杉原諒彦、竹原清日、三上文三、松岡信、上口(田中)美弥子
  • 学会等名: 2020年3月日本農芸化学会2020年度大会、福岡
• [学会発表] Evolution of unique reproductive system using a high bioactive gibberellin in rice (2020)
  • 著者名/発表者名: Kawai Kyosuke, Takehara Sayaka, Kashio Toru, Morii Minami, Ito Aya, Furuumi Hiroyasu, Nonomura Ken-ichi, Akagi Takashi, Sakakibara hitoshi, Matsuoka Makoto, Ueguchi-Tanaka Miyako
  • 学会等名: 2020年3月、第61回植物生理学会年会、大阪
• [学会発表] Bioavtive GAs synthesized by OsGA3ox1 regulate the starch accumulation of rice pollen (2020)
  • 著者名/発表者名: 森井南美、杉原諒彦、河合恭甫、樫尾徹、伊藤亜矢、竹原清日、松岡信、上口（田中）美弥子
  • 学会等名: 2020年3月、第61回植物生理学会年会、大阪
• [学会発表] イネのGA合成酵素OsGA3ox1の生殖における機能解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 河合恭甫、竹原清日、 樫尾徹、 服部将子、 吉村久子、伊藤亜矢、 古海弘康、 野々村賢一、榊原均、松岡信、 上口（田中）美弥子
  • 学会等名: 第10回 植物電子顕微鏡若手ワークショップ2019年11月15日
• [学会発表] イネ属で特異的に選択・進化してきた「壊れないジベレリン（GA7）を使った雄性生殖戦略 (2019)
  • 著者名/発表者名: 7.上口美弥子
  • 学会等名: 日本遺伝学会第９１回大会ワークショップ、2019年9月11日、福井大学 (招待講演)
• [学会発表] 花粉の発達におけるイネジベレリン３酸化酵素１の役割 (2019)
  • 著者名/発表者名: 森井南美、杉原諒彦、河合恭甫、樫尾徹、伊藤亜矢、竹原清日、松岡信、上口（田中）美弥子
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Functional analysis of rice Gibberellin 3-oxidase 1 in reproductive organ (2019)
  • 著者名/発表者名: 河合恭甫、竹原清日、樫尾徹、伊藤亜矢、古海弘康、野々村賢一、松岡信、上口（田中）美弥子
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 構造解析及びMDシミュレーションにより明らかとなった植物ホルモン代謝システム (2019)
  • 著者名/発表者名: 竹原 清日、三上 文三、桜庭 俊、松岡 信、上口（田中） 美弥子
  • 学会等名: 日本農芸化学会2019年度大会
• [学会発表] 植物ホルモン・ジベレリンの受容体GID1の分子進化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 吉田英樹、谷本英一、平井貴章、宮ノ入洋平、三谷理恵、川村真結子、武田光広、竹原清日、平野恒、甲斐庄正恒、赤木剛士、松岡信、上口（田中）美弥子
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
• [学会発表] イネのDELLAタンパク質の構造解析への試み (2018)
  • 著者名/発表者名: 杉原諒彦、竹原清日、松岡信、上口（田中）美弥子
  • 学会等名: 日本農芸化学会2018年度大会
• [学会発表] イネジベレリン2酸化酵素はGAを介した多量体構造形成によりジベレリン代謝を促進する (2018)
  • 著者名/発表者名: 竹原清日、三上文三、河合恭甫、松岡信、上口(田中)美弥子
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 生殖過程において重要な役割をするイネGA3酸化酵素1の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 河合恭甫、竹原清日、樫尾徹、伊藤亜矢、古海弘康、野々村賢一、松岡信、上口(田中)美弥子
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Evolutionary history of a gibberellin receptor, GID1. (2017)
  • 著者名/発表者名: Ueguchi-Tanaka, M.
  • 学会等名: 19th IBC2017.
• [学会発表] Evolutionary aspect of a gibberellin receptor, GID1. (2017)
  • 著者名/発表者名: Ueguchi-Tanaka, M.
  • 学会等名: 韓国 東亜大学校 生命資源科学大学との研究交流会
• [学会発表] GA受容体GID1の分子進化に関する研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 吉田英樹、谷本英一、平野恒、竹原清日、村上紗耶果、川村真結子、松岡信、上口(田中)美弥子
  • 学会等名: 第58回日本植物生理学会年会
• [学会発表] ジベレリン生合成および代謝酵素の構造解析と機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 竹原清日、三上文三、河合恭甫、松岡信、上口(田中)美弥子
  • 学会等名: 日本農芸化学会2017年度大会
• [学会発表] イネの葯特異的に発現をするジベレリン3酸化酵素1の機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 河合恭甫、竹原清日、松岡信、上口(田中)美弥子
  • 学会等名: 日本農芸化学会2017年度大会
• [学会発表] Antheridiogen determines sex in ferns via a spatiotemporally split gibberellin synthesis pathway. (2016)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, J., Matsuoka, M., Ueguchi-Tanaka, M.
  • 学会等名: 22nd IPGSA
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Structural and functional analysis of gibberellin 2-oxidase in rice (2016)
  • 著者名/発表者名: Takehara, S., Kawai, K., Mikami, B., Matsuoka, M., Ueguchi-Tanaka, M.
  • 学会等名: 22nd IPGSA
  • 国際学会
• [学会発表] Gibberellin 3-oxidase 1 is essential for pollen maturation in Rice． (2016)
  • 著者名/発表者名: Kawai, K., Takehara, S., Matsuoka, M., Ueguchi-Tanaka, M.
  • 学会等名: 22nd IPGSA
  • 国際学会
• [学会発表] DELLA, IDD and SCL3 cooperate in the gibberellin feedback system． (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, H., Hirano, K., Matsuoka, M., Ueguchi-Tanaka, M.
  • 学会等名: 22nd IPGSA
• [図書] Plant Structural Biology: Hormonal Regulations (2018)
  • 著者名/発表者名: Takehara S., Ueguchi-Tanaka M.
  • 総ページ数: 13
  • 出版者: Springer
• [図書] 植物ホルモンの科学第３版 (2016)
  • 著者名/発表者名: 上口（田中）美弥子、中嶋正敏
  • 出版者: 講談社