植物の環境応答におけるcAMP信号伝達系分子機構の全解明

• 研究課題/領域番号: 15370019
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 植物生理・分子
• 研究機関: 埼玉大学 (2004-2005); 東京大学 (2003)
• 研究代表者: 大森 正之 埼玉大学, 理学部, 教授 (80013580)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2005
• 研究課題ステータス: 完了 (2005年度)
• 配分額: 12,500千円 (直接経費: 12,500千円); 2005年度: 3,200千円 (直接経費: 3,200千円); 2004年度: 3,800千円 (直接経費: 3,800千円); 2003年度: 5,500千円 (直接経費: 5,500千円)
• キーワード: らん藻 / cAMP受容タンパク質 / 信号伝達 / マイクロアレイ / ヘテロシスト / 乾燥耐性 / 窒素固定 / 遺伝子 / ラン藻 / cAMP / 光受容タンパク質 / Anabaena / CRP / ゲルモビリティーシフト / 立体構造 / 乾燥ストレス / 遠赤色光 / トレハロース / 塩ストレス

研究概要

本研究においては、ラン藻Anabaena sp. PCC 7120を実験材料として、乾燥、窒素栄養条件、塩濃度等の環境条件を変えたときのcAMP信号伝達系を介した遺伝子発現制御機構についてマイクロアレイ解析を中心に実験した。
乾燥ストレス実験においては、乾燥処理により細胞内cAMPが一時的に変化すると共に、トレハロース代謝系の遺伝子の発現が促進されることがマイクロアレイ解析により明らかとなった。また、乾燥耐性の獲得には、一度乾燥した細胞を再び水環境に戻したときの遺伝子発現能力が極めて重要であることが判明した。すなわち、再水和時には多数の遺伝子の発現量が増加すること、特にcAMPにより活性化される転写因子ancrpBの発現が増加することが確認された。さらに、ancrpBの遺伝子破壊株は野性株と比較して、光合成活性が低いことが明らかとなった。ancrpBとは異なったcAMP結合性の転写因子であるancrpAのDNA結合配列を検討し、大腸菌CRPに対するDNA結合配列とは異なる配列を推測した。
塩ストレス実験においては、培地中へのNaClの添加によって、細胞内のcAMP量が増加することが明らかとなった。この、cAMP量の増加はアデニル酸シクラーゼCyaCにより行われること、CyaC破壊株では塩による遺伝子発現に大きな変化が見られた。
遠赤色光による細胞内cAMP含量の変化と遺伝子発現制御については、遠赤色光応答性を失った突然変異株の解析から、遠赤色光受容タンパク質としてAphC遺伝子を発見した。AphCはヒスチジンキナーゼ活性をもつ信号伝達タンパク質であった。窒素栄養ストレスについては、窒素欠乏により転写産物量が増加する転写因子を7個同定した。その中でも顕著に誘導されたnrrA遺伝子ついて詳細に解析した。nrrはOmpR型のレスポンスレギュレーターをコードし、無窒素培養条件ではヘテロシストでより強く発現することが明らかとなった。

研究成果

• [雑誌論文] The role of a gene cluster for trehalose metabolism in dehydration tolerance of the filamentous cyanobacterium Anabaena sp. PCC 7120 (2006)
  • 著者名/発表者名: Higo, A., Katoh, H., Ohmori, K., Ikeuchi, M., Ohmori, M.
  • 雑誌名: Microbiology 152 ページ: 979-987
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] NrrA, a nitrogen-responsive response regulator facilitates heterocyst development in the cyanobacterium Anabaena sp. strain PCC 7120 (2006)
  • 著者名/発表者名: Ehira, S., Ohmori, M.
  • 雑誌名: Mol. Microbiol. 59 ページ: 1692-1703
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] NrrA, a nitrogen-responsive response regulator facilitates heterocyst development in the cyanobacterium Anabaena sp.strain PCC 7120 (2006)
  • 著者名/発表者名: Ehira, S., Ohmori, M.
  • 雑誌名: Mol.Microbiol. 59 ページ: 1692-1703
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The role of a gene cluster for trehalose metabolism in dehydration tolerance of the filamentous cyanobacterium Anabaena sp.PCC 7120 (2006)
  • 著者名/発表者名: Higo, A., Katoh, H., Ohmori, K., Ikeuhi, M., Ohmori, M.
  • 雑誌名: Microbiology 152 ページ: 979-987
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Role of the 5^●-UTR in accumulation of the rbpAl transcript at low temperature in the cyanobacterium Anabaena variabilis M3 (2005)
  • 著者名/発表者名: Ehira, S., Ohmori, M., Sato, N.
  • 雑誌名: FEMS Microbiol. Lett. 251 ページ: 91-98
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Identification of Low-temperature-regulated ORFs in the cyanobacterium Anabaena sp. strain PCC 7120 : distinguishing the effects of low temperature from the effects of photosystem II excitation pressure (2005)
  • 著者名/発表者名: Ehira, S., Ohmori, M., Sato, N.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 46 ページ: 1237-1245
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Biochemical properties of a cAMP phosphodiesterase in the cyanobacterium Anabaena sp. strain PCC7120 (2005)
  • 著者名/発表者名: Fujisawa, T., Ohmori, M.
  • 雑誌名: Microbes Environ. 20 ページ: 92-96
  • NAID: 110001282480
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Anti-oxidative stress system in cyanobacteria. Significance of type II peroxiredoxin and the role of 1-Cys peroxiredoxin in Synechocystis sp. strain PCC6803 (2005)
  • 著者名/発表者名: Hosoya-Matsuda, N., Motohashi, K., Yoshimura, H., Nozaki, A., Inoue, K., Ohmori, M., Hisabori, T.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 280 ページ: 840-846
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] NaCl enhances cellular cAMP and upregulates genes related to heterocyst development in the cyanobacterium, Anabaena sp. strain PCC7120 (2005)
  • 著者名/発表者名: Imashimizu, M., Yoshimura, H., Katoh, H., Ehira, S., Ohmori, M.
  • 雑誌名: FEMS Microbiol. Lett. 252 ページ: 97-103
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Role of the 5'-UTR in accumulation of the rbpAl transcript at low temperature in the cyanobacterium Anabaena variabilis M3. (2005)
  • 著者名/発表者名: Ehira, S., Ohmori, M., Sato, N.
  • 雑誌名: FEMS Microbiol.Lett. 251 ページ: 91-98
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Identification of Low-temperature-regulated ORFs in the cyanobacterium Anabaena sp.strain PCC 7120 : distinguishing the effects of low temperature from the effects of photosystem II excitation pressure (2005)
  • 著者名/発表者名: Ehira, S., Ohmori, M., Sato, N.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 46 ページ: 1237-1245
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Biochemical properties of a cAMP phosphodiesterase in the cyanobacterium Anabaena sp.strain PCC 7120 (2005)
  • 著者名/発表者名: Fujisawa, T., Ohmori, M.
  • 雑誌名: Microb.Environ. 20 ページ: 92-96
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Anti-oxidative stress system in cyanobacteria. Significance of type II peroxiredoxin and the role of 1-Cys peroxiredoxin in Synechocystis sp.strain PCC 6803 (2005)
  • 著者名/発表者名: Hosoya-Matsuda, N., Motohashi, K., Yoshimura, H., Nozaki, A., Inoue, K., Ohmori, M., Hisabori, T.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 280 ページ: 840-846
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] NaCl enhances cellular cAMP and upregulates genes related to heterocyst development in the cyanobacterium, Anabaena sp.strain PCC 7120 (2005)
  • 著者名/発表者名: Imashimizu, M., Yoshimura, H., Katoh, H., Ehira, S., Ohmori, M.
  • 雑誌名: FEMS Microbiol.Lett. 252 ページ: 97-103
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Role of the 5'-UTR in accumulation of the rbpA1 transcript at low temperature in the cyanobacterium Anabaena variabilis M3 (2005)
  • 著者名/発表者名: Ehira, S., Ohmori, M., Sato, N.
  • 雑誌名: FEMS Microbiol.Lett. 251 ページ: 91-98
• [雑誌論文] Biochemical properties of a cAMP phosphodiesterase in the cyanobacterium Anabaena sp.strain PCC 7120 (2005)
  • 著者名/発表者名: Fujisawa, T., Ohmori, M.
  • 雑誌名: Microbes Environ. 20 ページ: 92-96
• [雑誌論文] Anti-oxidative stress system in cyanobacteria.Significance of type II peroxiredoxin and the role of 1-Cys peroxiredoxin in Synechocystis sp.strain PCC 6803. (2005)
  • 著者名/発表者名: Hosoya-Matsuda N, Motohashi K, Yoshimura H, Nozaki A, Inoue K, Ohmori M, Thsabori T
  • 雑誌名: J Biol Chem. 280・1 ページ: 840-846
• [雑誌論文] Gene expression in the cyanobacterium Anabaena sp.PCC7120 under desiccation (2004)
  • 著者名/発表者名: H.Katoh, R., K.Asthana, M.Ohmori.
  • 雑誌名: Microbial Ecol. 47 ページ: 164-174
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Blue light stimulates cyanobacterial motility via cAMP signal transduction system (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Terauchi, M.Ohmori.
  • 雑誌名: Mol. Microbiol. 52 ページ: 303-309
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Use of segment-based microarray in the analysis of global gene expression in response to various environmental stresses in the cyanobacterium Anabaena sp. PCC7120 (2004)
  • 著者名/発表者名: N.Sato, M.Ohmori, M.Ikeuchi, K.Tashiro, C.P.Wolk, T.Kaneko, K.Okada, M.Tsuzuki, S.Ehira, H.Katoh, S.Okamoto, H.Yoshimura, T.Fujisawa, A.Kamei, S.Yoshihara, R.Narikawa, T.Hamano, S.Tabata, S.Kuhara.
  • 雑誌名: J. Gen. Appl. Microbiol. 58 ページ: 1-8
  • NAID: 130004449126
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Systematic single base-pair substitution analysis of DNA binding by the cAMP receptor protein in cyanobacterium Synechocystis sp. PCC6803 (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Omagari, H.Yoshimura, M.Takano, D.Hao, M.Ohmori, A.Sarai, A.Suyama.
  • 雑誌名: FEBS Lett. 563 ページ: 55-58
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Two cAMP receptor proteins with different biochemical properties in the filamentous cyanobacterium Anabaena sp. PCC7120 (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Suzuki, H.Yoshimura, T.Hisabori, M.Ohmori.
  • 雑誌名: FEBS Lett. 571 ページ: 154-160
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Molecular evolution of PAS domain-containing proteins of filamentous cyanobacteria through domain shuffling and domain duplication (2004)
  • 著者名/発表者名: R.Narikawa, S.Okamoto, M.Ikeuchi, M.Ohmori.
  • 雑誌名: DNA Res. 11 ページ: 69-81
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A phytochromlike protein AphC triggers the cAMP signaling induduced by Far-red light in the cyanobacterium Anabaena sp. strain PCC7120 (2004)
  • 著者名/発表者名: S.Okamoto, M.Kasahara, A.Kamiya, Y.Nakahira, M.Ohmori.
  • 雑誌名: Photochem. Photobiol. 80 ページ: 429-433
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Gene expression in the cyanobacterium Anabaena sp.PCC7120 under desiccation (2004)
  • 著者名/発表者名: Katoh, H., R.K.Asthana, M.Ohmori
  • 雑誌名: Microbial Ecol. 47 ページ: 164-174
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Blue light stimulates cyanobacterial motility via cAMP signal transduction system. (2004)
  • 著者名/発表者名: Terauchi, K., Ohmori, M.
  • 雑誌名: Mol.Microbiol. 52 ページ: 303-309
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Systematic single base-pair substitution analysis of DNA binding by the cAMP receptor protein in cyanobacterium Synechocystis sp.PCC 6803 (2004)
  • 著者名/発表者名: Omagari, K., H.Yoshimura, M.Takano, D.Hao, M.Ohmori, A.Sarai, A.Suyama
  • 雑誌名: FEBS Lett. 563 ページ: 55-58
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Two cAMP receptor proteins with different biochemical properties in the filamentous cyanobacterium Anabaena sp.PCC 7120 (2004)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, T., Yoshimura, H., Hisabori T., Ohmori, M.
  • 雑誌名: FEBS Lett. 571 ページ: 154-160
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Use of segment-based microarray in the analysis of global gene expression in response to various environmental stresses in the cyanobacterium Anabaena sp.PCC 7120 (2004)
  • 著者名/発表者名: Sato, N., M.Ohmori, M.Ikeuchi, K.Tashiro, C.P.Wolk, T.Kaneko, K.Okada, M.Tsuzuki, S.Ehira, H.Katoh, S.Okamoto, H.Yoshimura, T.Fujisawa, A.Kamei, S.Yoshihara, R.Narikawa, T.Hamano, S.Tabata, S.Kuhara
  • 雑誌名: J.Gen.Appl.Microbiol. 58 ページ: 1-8
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Molecular evolution of PAS domain-containing proteins of filamentous cyanobacteria through domain shuffling and domain duplication (2004)
  • 著者名/発表者名: Narikawa, R., S.Okamoto, M.Ikeuchi, M.Ohmori
  • 雑誌名: DNA Res. 11 ページ: 69-81
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A phytochromlike protein AphC triggers the cAMP signaling induduced by Far-red light in the cyanobacterium Anabaena sp.strain PCC 7120 (2004)
  • 著者名/発表者名: Okamoto, S., Kasahara, M., Kamiya, A., Nakahira, Y., Ohmori, M.
  • 雑誌名: Photochem.Photobiol. 80 ページ: 429-433
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Systematic single base-pair substitution analysis of DNA binding by the cAMP receptor protein in cyanobacterium Synechocystis sp.PCC 6803. (2004)
  • 著者名/発表者名: Omagari K, Yoshimura H, Takano M, Hao D, Ohmori M, Sarai A, Suyama A.
  • 雑誌名: FEBS Lett. 563・1-3 ページ: 55-58
• [雑誌論文] Two cAMP receptor proteins with different biochemical properties in the filamentous cyanobacterium Anabaena sp.PCC 7120. (2004)
  • 著者名/発表者名: Suzuki T, Yoshimura H, Hisabori T, Ohmori M
  • 雑誌名: FEBS Lett. 571・1-3 ページ: 154-160
• [雑誌論文] Photoresponsive cAMP signal transduction in cyanobacteria. (2004)
  • 著者名/発表者名: Ohmori M, Okamoto S
  • 雑誌名: Photochem Photobiol Sci. 3・6 ページ: 503-511
• [雑誌論文] Molecular evolution of PAS domain-containing proteins of filamentous cyanobacteria through domain shuffling and domain duplication. (2004)
  • 著者名/発表者名: Narikawa R, Okamoto S, Ikeuchi M, Ohmori M
  • 雑誌名: DNA Res. 11・2 ページ: 69-81
• [雑誌論文] A phytochrome-like protein AphC triggers the cAMP signaling induced by Far-red light in the cyanobacterium Anabaena sp. strain PCC 7120. (2004)
  • 著者名/発表者名: Okamoto S, Kasahara M, Kamiya A, Nakahira Y, Ohmori M.
  • 雑誌名: Photochem Photobiol. 80・3 ページ: 429-433
• [雑誌論文] Isolation and characterization of a drought-tolerant cyanobacterium, Nostoc sp. HK-01 (2003)
  • 著者名/発表者名: H.Katoh, Y.Shiga, Y.Nakahira, M.Ohmori
  • 雑誌名: Microbes Environ. 18 ページ: 82-88
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Genome-wide expression analysis of the responses to nitrogen deprivation in the heterocyst-forming cyanobacterium Anabaena sp. strain PCC7120 (2003)
  • 著者名/発表者名: Ehira, S., Ohmori, M., Sato, N.
  • 雑誌名: DNA Res. 10 ページ: 97-113
  • NAID: 130006989913
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Conserved temperature-dependent expression of RNA-binding proteins in cyanobacteria with different temperature optima (2003)
  • 著者名/発表者名: S.Ehira, T.Hamano, T.Hayashida, K.Kojima, H, Nakamoto, T.Hiyama, M.Ohmori, S.Shivaji, N.Sato.
  • 雑誌名: FEMS Microbiol. Lett. 225 ページ: 137-142
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Isolation and characterization of a drought-tolerant cyanobacterium, Nostoc sp.HK-01 (2003)
  • 著者名/発表者名: Katoh, H., Y.Shiga, Y.Nakahira, M.Ohmori
  • 雑誌名: Microb.Environ. 18 ページ: 82-88
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Genome-wide expression analysis of the responses to nitrogen deprivation in the heterocyst-forming cyanobacterium Anabaena sp.strain PCC 7120 (2003)
  • 著者名/発表者名: Ehira, S., Ohmori, M., Sato, N.
  • 雑誌名: DNA Res. 10 ページ: 97-113
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Conserved temperature-dependent expression of RNA-binding proteins in cyanobacteria with different temperature optima (2003)
  • 著者名/発表者名: Ehira, S., T.Hamano, T.Hayashida, K.Kojima, H.Nakamoto, T.Hiyama, M.Ohmori, S.Shivaji, N.Sato
  • 雑誌名: FEMS Microbiol.Lett. 225 ページ: 137-142
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Upregulated gene expression during dehydration in a terrestrial cyanobacterium, Nostoc sp. strain HK-01
  • 著者名/発表者名: Yoshimura, H., Ikeuchi, M., Ohmori, M.
  • 雑誌名: Microbes Environ. (in press)
  • NAID: 110004740913
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Upregulated gene expression during dehydration in a terrestrial cyanobacterium, Nostoc sp.strain HK-01
  • 著者名/発表者名: Yoshimura, H., Ikeuchi, M., Ohmori, M.
  • 雑誌名: Microb.Environ. (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Katoh, H: "Isolation and characterization of a drought-tolerant cyanobacterium, Nostoc sp.HK-01"Microbes Environ. 18. 82-88 (2003)
• [文献書誌] Ehira, S: "Genome-wide expression analysis of the responses to nitrogen deprivation in the heterocyst-forming cyanobacterium Anabaena sp.strain PCC7120"DNA Research. 10. 97-113 (2003)
• [文献書誌] Ehira, S: "Conserved temperature-dependent expression of RNA-binding proteins in cyanobacteria with different temperature optima"FEMS Microbiology Letters. 225. 137-142 (2003)
• [文献書誌] Katoh, H: "Gene expression in the cyanobacterium Anabaena sp.PCC7120 under desiccation"Microbial Ecol.. (in press).
• [文献書誌] Terauchi, K: "Blue light stimulates cyanobacterial motility via cAMP signal transduction system"Molecular Microbiology. (in press).
• [文献書誌] Tada, T: "Phe356 in the yeast Ca2+ channel component Mid1 is a key residue for viability after exposure to α-factor"FEBS Letters. (in press).