多様な生物におけるHis・Aspリン酸リレー型シグナル伝達の普遍的分子機構

• 研究課題/領域番号: 12142201
• 研究種目: 特定領域研究
• 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: 水野 猛 名古屋大学, 大学院・生命農学研究科, 教授 (10174038)
• 研究分担者: 山田 寿美 名古屋大学, 大学院・生命農学研究科, 助手 (30089859) ; 山篠 貴史 名古屋大学, 大学院・生命農学研究科, 助手 (00314005) ; 牧野 耕三 防衛大学校, 応用化学科, 教授 ; 饗場 浩文 名古屋大学, 大学院・生命農学研究科, 助教授 (60211687)
• 研究期間 (年度): 2000 – 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 112,300千円 (直接経費: 112,300千円); 2004年度: 27,700千円 (直接経費: 27,700千円); 2003年度: 30,200千円 (直接経費: 30,200千円); 2002年度: 27,200千円 (直接経費: 27,200千円); 2001年度: 27,200千円 (直接経費: 27,200千円)
• キーワード: シグナル伝達 / 高等植物 / リン酸リレー / 時計分子機構 / 光形態形成 / 開花制御 / 情報伝達 / 大腸菌 / 分裂酵母 / シロイヌナズナ / ホルモン応答 / ヒスチジンキナーゼ / His-Aspリン酸リレー / センサー / サイトカイニン / 転写因子

研究概要

本研究計画に関して、本年度は高等植物(シロイヌナズナ)の時計分子機構に関して詳細な研究を行った。我々は既に時計の中心振動体を形成する一連の遺伝子群(PRR1/PRR3/PRR5/PRR7/PRR9)を発見し、その機能解析を主に遺伝学的に方法で行ってきた。本年度は、PRR7/PRR5、PRR9/PRR7、PRR9/PRR5、及びPRR9/PRR7/PRR5からなる二重及び三重遺伝子欠損植物体を作出して時計関連の表現型を詳細に解析した。その結果、PRR9/PRR7二重遺伝子欠損植物体は長周期(時計が一日30時間で動く)、一方、PRR7/PRR5二重遺伝子欠損植物体は単周期(時計が一日19時間で動く)という両極端の性質を示すことが明らかになった。次いで、PRR9/PRR7/PRR5の三重遺伝子欠損体を作成したところ、この植物がもつ時計はほぼ動かなくなってしまった。このことは、これらの遺伝子か時計の進行スピードを制御する中心振動体の一部(部品)をコードしていることを強く示唆している。これらの結果をもとに、我々は高等植物の生物時計の分子機構に関して新しいモデルを提唱した。また、これらの時計欠損植物体では、開花時期(どの季節に花が咲くか)の制御にも欠陥が生じ、開花時期が大幅に遅延した。また、一般に高等植物は赤色の光に敏感に反応して自らの背丈の伸張や形態を変化させるが(環境への適応)、変異体植物では赤色の光に対する感受性が大きく損なわれていた。このようなことから、本研究計画で我々が解析を進めてきたPRR遺伝子群は、高等植物の高次機能の一つである生物時計(花時計)やそれと関連した開花・結実時期の制御(花時計)、及び光形態形成に深く関わっていることが明らかとなった。また、我々はこれらモデル植物(シロイヌナズナ)に加えて有用穀物(イネ)のPRR時計遺伝子群の解析も平行して行った。その結果、イネにも同様の働きをする時計遺伝子群(OsPRR)が存在することを見いだした。従って、今回我々が提唱した新しい時計分子モデルは色々な高等植物に広く適用できると考えられ、植物バイオサイエンスにおける応用・展開研究に関しても重要な知識基盤となると考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Pseudo response regulators (PRR) or true oscillator components (TOC). (2005)
  • 著者名/発表者名: Mizuno T.その他
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. (印刷中)
  • NAID: 10015661500
• [雑誌論文] PSEUDO-RESPONSE REGULATORS, PRR9, PRR7, AND PRR5, play together essential roles close to the circadian clock of Arabidopsis thaliana. (2005)
  • 著者名/発表者名: Nakamichi N.その他
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. (印刷中)
• [雑誌論文] The Arabidopsis pseudo-response regulators, PRR5 and PRR7, coordinately play essential roles for circadian clock function. (2005)
  • 著者名/発表者名: Nakamichi N.その他
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. (印刷中)
• [雑誌論文] Combinatorial microarray analysis revealing Arabidopsis genes implicated in cytokinin responses through the His-to-Asp phosphorelay circuitry. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kiba, T.その他
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 46 ページ: 339-355
• [雑誌論文] Circadian-associated rice pseudo-response regulators (OsPRRs) : Information on the control of flowering time. (2005)
  • 著者名/発表者名: Murakami M.その他
  • 雑誌名: Biosci.Biotechnol.Biochem. 69 ページ: 410-414
• [雑誌論文] Molecular dissection of the promoter of the light-induced circadian-controlled APRR9 gene encoding a clock-associated component of Arabidopsis thaliana. (2005)
  • 著者名/発表者名: Ito S.その他
  • 雑誌名: Biosci.Biotechnol.Biochem. 69 ページ: 382-390
• [文献書誌] Nakamichi, N. その他: "Cell autonomous circadian waves of the APRR1/TOC1 quintet in an established cell line of Arabidopsis thaliana."Plant Cell Physiol.. 44. 360-365 (2003)
• [文献書誌] Yamashino, T. その他: "A link between circadian-controlled bHLH factors and the APRR1/TOC1 quintet in Arabidopsis thaliana."Plant Cell Physiol.. 44. 619-629 (2003)
• [文献書誌] Murakami, M. その他: "The evolutionary conserved OsPRR quintet : rice pseudo-response regulators implicated in circadian rhythm."Plant Cell Physiol.. 44. 1229-1236 (2003)
• [文献書誌] Ito, S. その他: "Characterization of the APRR9 pseudo-response regulator belonging to the APRR1/TOC1 quintet in Arabidopsis thaliana."Plant Cell Physiol.. 44. 1237-1245 (2003)
• [文献書誌] Yamamot, Y. その他: "Comparative genetic studies on the APRR5 and APRR7 genes belonging to the APRR1/TOC1 quintet implicated in circadian rhythm, control of flowering, and early photomorphogenesis."Plant Cell Physiol.. 44. 1119-1130 (2003)
• [文献書誌] 杉山達夫, 水野 猛, 長谷俊治, 斉藤和季 編: "植物の代謝コミュニケーション"共立出版. 260 (2003)
• [文献書誌] Matsushika, A. et al.: "The APRR1/TOC1 quintet implicated in circadian rhythms of Arabidopsis thaliana : II. Characterization with CCA1-overexpressing plants"Plant Cell Physiol.. 43. 118-122 (2002)
• [文献書誌] Murakami-Kojima, M. et al.: "The APRR3 component of the clock-associated APRR1/TOC1 quintet is phosphorylated by a novel protein kinase belonging to the WNK family, the gene for which is also transcribed rhythmically in Arabidopsis thaliana"Plant Cell Physiol.. 43. 675-683 (2002)
• [文献書誌] Hosoda, K. et al.: "Molecular Structure of the GARP Family of Plant Myb-related DNA-binding Motifs of the Arabidopsis Response Regulators"Plant Cell. 14. 2015-2029 (2002)
• [文献書誌] Matsushika, A. et al.: "Aberrant Expression of the Light-Inducible and Circadian-Regulated APRR9 Gene Belonging to the Circadian -Associated APRR1/TOC1 Quintet Results in the Phenotype of Early Flowering in Arabidopsis thaliana"Plant Cell Physiol.. 43. 833-843 (2002)
• [文献書誌] Kiba, T. et al.: "Characterization of the ARR15 and ARR16 response regulators with special reference to the cytokinin signaling pathway mediated by the AHK4 histidine kinase in roots of Arabidopsis thaliana"Plant Cell Physiol.. 43. 1059-1066 (2002)
• [文献書誌] Sato, E. et al.: "Aberrant expression of the Arabidopsis circadian-regulated APRR5 gene belonging to the APRR1/TOC1 quintet results in early folwering and hypersensitiveness to light in early photomorphogenesis"Plant Cell Physiol.. 43. 1374-1385 (2002)
• [文献書誌] Makino, S.: "Light response of the circadian waves in of the APRR1/TOC1 uintet : When does the quintet start singing rhythmically in Arabidopsis thaliana"Plant Cell Physiol.. 42. 334-339 (2001)
• [文献書誌] Suzuki, T.: "Two-types of putative nuclear factors that physically interact with histidine-containing phosphotransfer(HPt)signal transducers implicated in His-to-Asp phosphorelay in Arabidopsis"Plant Cell Physiol.. 42. 37-45 (2001)
• [文献書誌] Suzuki, T.: "The Arabidopsis sensor His-kinase, AHK4, can respond to cytokinin"Plant Cell Physiol.. 42. 107-113 (2001)
• [文献書誌] Ueguchi, C.: "Novel family of sensor histidine kinase genes in Arabidopsis thailiana"Plant Cell Physiol.. 42. 231-235 (2001)
• [文献書誌] Imamura, A.: "Cellular localization of the signaling components of Arabidopsis His-to-Asp phosphorelay"Biosci. Biotechnol. Biochem.. 65. 2113-2117 (2001)
• [文献書誌] Yamada, H.: "The Arabidopsis AHK4 histidine kinase is a cytokinin-binding receptor that transduses cytokinin signals across the membrane"Plant Cell Physiol.. 42. 1017-1023 (2001)
• [文献書誌] Ikegami,T. et al.: "Solution structure and dynamic character of the histidine-containing phosphotransfer domain of Arc B from E.cdi"Biochemistry. 40. 375-386 (2001)
• [文献書誌] Matsushika,A. et al.: "Circadium waves of expression of the AIRRI/ToC1 family of pseudo-response regulator in A, thaliana"Plant Cell Physiol.. 41. 1002-1012 (2000)
• [文献書誌] Katoh et al.: "High precision NMR structure of YhhP, a movel E. coli protein implicated in all division."J.Mol.Biol.. 304. 219-229 (2000)
• [文献書誌] Suzuki et al.: "Compilation and characterization of histidine-containing phosphrtransmitters implicated in His-to-Asp phosphorelay in plants"Biosci.Biotechnol.Biochem. 64. 2486-2489 (2000)
• [文献書誌] Aoyama et al.: "Spys, a histidine-containing Phosphytransfer (HPt) signaling protein regulates fission yeast cell cycle through the Mc4 response regulator"J.Bacteriol. 182. 4868-4874 (2000)
• [文献書誌] Makino et al.: "Gene en coding pseudo-response regulators : In sight into His-to-Asp phosphorelay and circadian rhythm in A. thaliana"Plant Cell Physiol.. 41. 791-803 (2000)