窒素応答を司る転写因子NLPの機能発現の分子機構

• 研究課題/領域番号: 15H05616
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 植物栄養学・土壌学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 小西 美稲子 東京大学, 生物生産工学研究センター, 特任講師 (20642341)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円); 2018年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2017年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2016年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2015年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
• キーワード: 植物栄養 / 硝酸シグナル / 植物栄養学 / 硝酸シグナル応答 / 遺伝子発現

研究成果の概要

植物は硝酸イオンを窒素源として消費するだけでなく、シグナル分子として活用して硝酸イオンの獲得や利用を担う遺伝子の発現を上昇させる。これまでに、硝酸シグナルがNLP転写因子を活性化して遺伝子発現を引き起こすことを明らかにしていたが、本研究ではその分子機構の詳細な解析を行った。硝酸シグナルがカルシウムイオンシグナリング経路を活性化し、それによってNLP転写因子タンパク質がリン酸化されて活性型となることを示した。また、NLP転写因子同士が相互作用することが遺伝子発現を活性化するために必要であることも明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

現代農業では、窒素肥料を施肥することにより収量の増加を実現している。農業のコストや環境負荷を軽減するためには植物の窒素利用効率を高める必要があるとされており、そのためには植物が窒素を利用する仕組みとその調節機構を理解する必要がある。硝酸イオンはシグナルとして、硝酸イオンの獲得や利用に必要な遺伝子や代謝やホルモン合成などに関わる様々な遺伝子の発現を上昇させる役割を担っており、今回、硝酸シグナルがカルシウムシグナルを介して転写因子NLPの活性を調節する機構が明らかになったことで、植物が窒素の獲得を通じて窒素の利用や代謝、そして成長を調節する仕組みへの理解を深めることができたと考えている。

研究成果

• [雑誌論文] The role of protein-protein interactions mediated by the PB1 domain of NLP transcription factors in nitrate-inducible gene expression (2019)
  • 著者名/発表者名: Konishi, M. and Yanagisawa, S.
  • 雑誌名: BMC Plant Biology 巻: 19 号: 1 ページ: 90-90
  • DOI: 10.1186/s12870-019-1692-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A NIGT1-centred transcriptional cascade regulates nitrate signalling and incorporates phosphorus starvation signals in Arabidopsis (2018)
  • 著者名/発表者名: Maeda Yoshie、Konishi Mineko、Kiba Takatoshi、Sakuraba Yasuhito、Sawaki Naoya、Kurai Tomohiro、Ueda Yoshiaki、Sakakibara Hitoshi、Yanagisawa Shuichi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 号: 1 ページ: 1-14
  • DOI: 10.1038/s41467-018-03832-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Repression of nitrogen-starvation responses by members of the Arabidopsis GARP-type transcription factor NIGT1/HRS1 subfamily. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kiba, T., Inaba, J., Kudo, T., Ueda, N., Konishi, M., Mitsuda, N, Takiguchi, Y., Kondou, Y., Yoshizumi, T., Ohme-Takagi, M., Matsui, M., Yano, K., Yanagisawa, S., and Sakakibara, H.
  • 雑誌名: Plant Cell 巻: 30 号: 4 ページ: 925-945
  • DOI: 10.1105/tpc.17.00810
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Discovery of Nitrate-CPK-NLP signalling in central nutrient-growth networks. (2017)
  • 著者名/発表者名: Liu, K., Niu, Y., Konishi, M., Wu, Y., Du, H., Sun Chung, H., Li, L., Boudsocq, M., McCormack, M., Maekawa, S., Ishida, T., Zhang, C., Shokat, K., *Yanagisawa, S., *Sheen, J.
  • 雑誌名: Nature 巻: 18;545 号: 7654 ページ: 311-316
  • DOI: 10.1038/nature22077
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Molecular basis of the nitrogen response in plants. (2017)
  • 著者名/発表者名: Ueda, Y., Konishi, M. and Yanagisawa, S.
  • 雑誌名: Soil Sci. Plant Nutr. 巻: 63 号: 4 ページ: 329-341
  • DOI: 10.1080/00380768.2017.1360128
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct transcriptional activation of BT genes by NLP transcription factors is a key component of the nitrate response in Arabidopsis (2017)
  • 著者名/発表者名: Sato, T., Maekawa, S., Konishi, M., Yoshioka, N., Sasaki, Y., Maeda, H., Ishida, T., Kato, Y., Yamaguchi, J. and Yanagisawa, S.
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 巻: 483 号: 1 ページ: 380-386
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2016.12.135
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 生物情報科学・細胞生物学的手法から見えてきた 植物栄養応答 1．植物が硝酸イオンに応答して遺伝子発現を制御するメカニズム (2016)
  • 著者名/発表者名: 小西美稲子
  • 雑誌名: 日本土壌肥料学雑誌 巻: 87 ページ: 260-266
  • NAID: 130005966778
  • 査読あり
• [学会発表] 硝酸シグナルに応答した遺伝子発現誘導におけるNLP転写因子のPB1ドメインの役割 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小西美稲子，柳澤修一
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Molecular mechanism underlying feedback regulation of nitrogen response by glutamine in plants (2019)
  • 著者名/発表者名: Pengcheng Guo、Shuichi Yanagisawa、Mineko Konishi
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] シロイヌナズナにおける、硝酸シグナルによるNAD 生合成制御がもたらす広範な代謝動態 (2019)
  • 著者名/発表者名: 斉藤守秋、宮城敦子、小西美稲子、川合真紀、柳澤修一
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Roles of the NIGT1-Centered Transcriptional Cascade in the Regulation of Nitrate Uptake and Responses (2019)
  • 著者名/発表者名: Mineko Konishi、Yoshiaki Ueda、Shuichi Yanagisawa
  • 学会等名: Plant and Animal Genome XXVII
  • 国際学会
• [学会発表] 硝酸応答性転写因子NLP7におけるPB1ドメインの役割の検討 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小西美稲子、柳澤修一
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2018年度神奈川大会
• [学会発表] 高等植物におけるグルタミンによる窒素利用関連遺伝子の発現抑制機構の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 郭鵬程、小西美稲子、柳澤修一
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2018年度神奈川大会
• [学会発表] NLP 転写因子を介した硝酸シグナルによるNAD 生合成制御メカニズム (2018)
  • 著者名/発表者名: 斉藤守秋、小西美稲子、柳澤修一
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2018年度神奈川大会
• [学会発表] 栄養成長におけるシロイヌナズナNIN-Like Protein 2の役割 (2018)
  • 著者名/発表者名: 沖津孝幸、小西美稲子、栁澤修一
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] シロイヌナズナにおける硝酸シグナルによるNAD+生合成の制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 斉藤守秋、小西美稲子、柳澤修一
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Glutamine-induced Repression of a High-affinity Nitrate Transporter Gene Promoter in Arabidopsis (2018)
  • 著者名/発表者名: Pengcheng Guo, Mineko Konishi, Shuichi Yanagisawa
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Functional analysis of the NLP family for transcription factors responsible for nitrate response in Arabidopsis (2017)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Okitsu, Mineko Konishi, Shuichi Yanagisawa
  • 学会等名: 第58回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 鹿児島大学群元キャンパス(鹿児島県鹿児島市)
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] The role of NIGT1 transcription factors in nitrate-inducible gene expression (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshie Maeda, Mineko Konishi, Takatoshi Kiba, Yasuhito Sakuraba, Hitoshi Sakakibara, Shuichi Yanagisawa
  • 学会等名: 第58回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 鹿児島大学群元キャンパス(鹿児島県鹿児島市)
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] P欠乏による硝酸イオン吸収抑制の分子機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小西美稲子、前田佳栄、木羽隆敏、柳澤修一
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2017年度仙台大会
• [学会発表] シロイヌナズナの硝酸応答を担うNLP転写因子群の機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 沖津孝幸、小西美稲子、柳澤修一
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2017年度仙台大会
• [学会発表] 硝酸シグナルによるシロイヌナズナNAD+生合成制御の可能性の検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 斉藤守秋、小西美稲子、柳澤修一
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2017年度仙台大会
• [学会発表] シロイヌナズナ高親和性硝酸イオン輸送体NRT2.1遺伝子のグルタミンによる発現抑制 (2017)
  • 著者名/発表者名: 郭 鵬程、小西美稲子、柳澤修一
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2017年度仙台大会
• [学会発表] Nitrate may regulate de novo biosynthesis of NAD+ in Arabidopsis (2017)
  • 著者名/発表者名: Moriaki Saito, Mineko Konishi, Shuichi Yanagisawa
  • 学会等名: Taiwan-Japan Plant Biology 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Glutamine-induced Repression of a High-affinity Nitrate Transporter Gene (2017)
  • 著者名/発表者名: Pengcheng Guo, Mineko Konishi, Shuichi Yanagisawa
  • 学会等名: Taiwan-Japan Plant Biology 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Functional analysis of the NIN-like protein family for transcription factors responsible for nitrate response in Arabidopsis (2017)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Okitsu, Mineko Konishi, Shuichi Yanagisawa
  • 学会等名: Taiwan-Japan Plant Biology 2017
  • 国際学会
• [学会発表] The Central Role of NLP Transcription Factors in Nitrate Response (2017)
  • 著者名/発表者名: Mineko Konishi
  • 学会等名: 第58回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 鹿児島大学群元キャンパス(鹿児島県鹿児島市)
• [学会発表] 硝酸シグナルによるNLP転写因子の翻訳後修飾 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小西美稲子、前川修吾、石田哲也、柳澤修一
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2016年度佐賀大会
  • 発表場所: 佐賀大学本庄キャンパス (佐賀県佐賀市)
  • 年月日: 2016-09-20
• [学会発表] 植物の硝酸応答を担うNLP転写因子群の機能解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 沖津孝幸、小西美稲子、柳澤修一
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2016年度佐賀大会
  • 発表場所: 佐賀大学本庄キャンパス (佐賀県佐賀市)
  • 年月日: 2016-09-20
• [学会発表] 硝酸シグナル応答における転写因子群NIGTファミリーの役割 (2016)
  • 著者名/発表者名: 前田佳栄、小西美稲子、木羽隆敏、榊原均、柳澤修一
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2016年度佐賀大会
  • 発表場所: 佐賀大学本庄キャンパス (佐賀県佐賀市)
  • 年月日: 2016-09-20
• [学会発表] 硝酸シグナル応答型転写因子NLPはBT 群の遺伝子発現制御を介して側根伸長を制御する (2016)
  • 著者名/発表者名: 前川修吾、吉岡希、小西美稲子、石田哲也、加藤祐樹、佐々木勇樹、佐藤長緒、山口淳二、柳澤修一
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2016年度佐賀大会
  • 発表場所: 佐賀大学本庄キャンパス (佐賀県佐賀市)
  • 年月日: 2016-09-20
• [学会発表] POST-TRANSLATIONAL MODIFICATION OF NLP TRANSCRIPTION FACTOR PROTEINS BY NITRATE (2016)
  • 著者名/発表者名: Mineko Konishi, Shugo Maekawa, Tetsuya Ishida, Shuichi Yanagisawa
  • 学会等名: Third International Conference on the Nitrogen Nutrition of Plants: NITROGEN 2016
  • 発表場所: Corum Conference Centre (Monpellier, France)
  • 年月日: 2016-08-22
  • 国際学会
• [学会発表] 硝酸応答性転写因子NLP6、NLP7と相互作用する因子 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小西美稲子、柳澤修一
  • 学会等名: 第57回日本植物生理学会
  • 発表場所: 岩手大学上田キャンパス(岩手県盛岡市)
  • 年月日: 2016-03-18
• [学会発表] シロイヌナズナ高親和性硝酸イオン輸送体遺伝子NRT2.1の発現制御メカニズム (2016)
  • 著者名/発表者名: 前田佳栄、小西美稲子、倉井友寛、佐脇直哉、杉本南、柳澤修一
  • 学会等名: 第57回日本植物生理学会
  • 発表場所: 岩手大学上田キャンパス(岩手県盛岡市)
• [学会発表] 硝酸応答性転写因子NLP6、NLP7と相互作用する因子の探索 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小西美稲子、前川修吾、柳澤修一
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2015年度京都大会
  • 発表場所: 京都大学吉田キャンパス(京都府京都市)
  • 年月日: 2015-09-09
• [学会発表] シロイヌナズナの硝酸イオン輸送体遺伝子NRT2.1 の発現制御機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 前田佳栄、小西美稲子、倉井友寛、佐脇直哉、杉本南、柳澤修一
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2015年度京都大会
  • 発表場所: 京都大学吉田キャンパス(京都府京都市)
• [学会発表] シロイヌナズナにおける硝酸シグナル応答型転写因子NLPの新規標的遺伝子BT 群の機能解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 前川修吾、吉岡希、小西美稲子、石田哲也、加藤祐樹、佐々木勇樹、佐藤長緒、山口淳二、柳澤修一
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2015年度京都大会
  • 発表場所: 京都大学吉田キャンパス(京都府京都市)