カルモジュリン様タンパク質による低温時におけるカルシウム認識機構の解明

• 研究課題/領域番号: 16K07390
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 植物分子・生理科学
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 三浦 謙治 筑波大学, 生命環境系, 教授 (00507949)
• 研究協力者: 飯田 秀利 東京学芸大学, 教育学部, 教授 ; 根本 由梨 筑波大学, 生命環境科学研究科, 技術補佐員 ; Na Renhu 筑波大学, 生命環境科学研究科, 大学院生 ; 奥田 大貴 筑波大学, 生命環境科学研究科, 大学院生
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2018年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2016年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: 植物 / シグナル伝達 / 発現制御 / カルシウム

研究成果の概要

植物は低温刺激を受けると、一過的なカルシウムイオン濃度上昇がみられる。このカルシウムの一過的上昇に、機械刺激受容性カルシウムチャネルMCAが関与することが明らかとなった。また、MCAは低温ストレス応答にも関わることが明らかとなった。
また、カルシウムシグナルと低温シグナルをつなぐ因子として、カルモジュリン様タンパク質CML10, CML12が関与することが明らかとなった。これらは低温シグナル因子ICE1と相互作用することで、低温ストレス応答に関わっていることが明らかとなった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究成果は、カルシウムシグナル伝達と低温シグナル伝達をつなぐことで、その詳細なメカニズムを明らかにした研究である。植物がストレス応答に応じて放出カルシウムのパターン認識に関して、その詳細を明らかにする目的で研究を行った。植物に50種類あるカルモジュリン様タンパク質のうち、CML10, CML12が低温ストレス応答に関わることを明らかにしたことで、カルシウムシグナルに関わる分子機構の一端を明らかにした研究である。

研究成果

• [国際共同研究] Purdue University(米国)
• [国際共同研究] Arizona State University(米国)
• [雑誌論文] MYC-type transcription factors, MYC67 and MYC70, interact with ICE1 and negatively regulate cold tolerance in Arabidopsis (2018)
  • 著者名/発表者名: Ohta Masaru、Sato Aiko、Renhu Na、Yamamoto Tsuyoshi、Oka Nodoka、Zhu Jian-Kang、Tada Yasuomi、Suzaki Takuya、Miura Kenji
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 11622-11622
  • DOI: 10.1038/s41598-018-29722-x
  • NAID: 120007133848
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Efficient transient protein expression in tomato cultivars and wild species using agroinfiltration-mediated high expression system (2018)
  • 著者名/発表者名: Hoshikawa Ken、Fujita Satoshi、Renhu Na、Ezura Kentaro、Yamamoto Tsuyoshi、Nonaka Satoko、Ezura Hiroshi、Miura Kenji
  • 雑誌名: Plant Cell Reports 巻: 38 号: 1 ページ: 75-84
  • DOI: 10.1007/s00299-018-2350-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] 植物によるタンパク質高生産システムの開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 三浦謙治、星川健、江面浩
  • 雑誌名: バイオサイエンスとインダストリー 巻: 76 ページ: 382-85
  • NAID: 40021685357
• [雑誌論文] Ca2+-permeable mechanosensitive channels MCA1 and MCA2 mediate cold-induced cytosolic Ca2+ increase and cold tolerance in Arabidopsis (2018)
  • 著者名/発表者名: Mori Kendo、Renhu Na、Naito Maho、Nakamura Aki、Shiba Hayato、Yamamoto Tsuyoshi、Suzaki Takuya、Iida Hidetoshi、Miura Kenji
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 550-550
  • DOI: 10.1038/s41598-017-17483-y
  • NAID: 120007134505
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Improvement of the transient expression system for production of recombinant proteins in plants (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Tsuyoshi、Hoshikawa Ken、Ezura Kentaro、Okazawa Risa、Fujita Satoshi、Takaoka Miyo、Mason Hugh S.、Ezura Hiroshi、Miura Kenji
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 4755-4755
  • DOI: 10.1038/s41598-018-23024-y
  • NAID: 120007134313
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] An Arabidopsis SUMO E3 Ligase, SIZ1, Negatively Regulates Photomorphogenesis by Promoting COP1 Activity (2016)
  • 著者名/発表者名: Lin, X.L., Niu, D., Hu, Z.L., Kim, D.H., Jin, Y.H., Cai, B., Liu, P., Miura, K., Yun D.J., Kim, W.Y., Lin, R., Jin, J.B.
  • 雑誌名: PLoS Genet. 巻: 12 号: 4 ページ: e1006016-e1006016
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1006016
  • NAID: 120007135520
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Transcriptome and proteome analyses provide insight into laticifer's defense of Euphorbia tirucalli against pests (2016)
  • 著者名/発表者名: Kitajima, S., Miura, K., Aoki, W., Yamato, K. T., Taira, T., Murakami, R., & Aburaya, S.
  • 雑誌名: Plant Physiology and Biochemistry 巻: 108 ページ: 434-446
  • DOI: 10.1016/j.plaphy.2016.08.008
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] PIF4 is a negative regulator in cold signaling (2019)
  • 著者名/発表者名: Na Renhu, Hiroki Okuda, Rieko Nozawa, Tsuyoshi Furumoto, Kenji Miura
  • 学会等名: 第６０回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 植物におけるタンパク質大量発現「つくばシステム」 (2019)
  • 著者名/発表者名: 三浦謙治、星川健、山本剛史、高岡美予、江面浩
  • 学会等名: 第６０回日本植物生理学会年会
• [学会発表] アグロインフィルトレーションによる植物の乳液タンパク質の生産と抗昆虫活性の検討 (2019)
  • 著者名/発表者名: 塩見祐生、秋野順治、三浦謙治、Eric Hyrmeya Sayadogo、北島佐紀人
  • 学会等名: 日本農芸化学会2019年度東京大会
• [学会発表] 植物における低温ストレス応答とカルシウムチャネルMCAの関わり (2018)
  • 著者名/発表者名: 三浦謙治、飯田秀利
  • 学会等名: 第６３回低温生物工学会セミナー及び年会
  • 招待講演
• [学会発表] Ca2+-permeable mechanosensitive channels MCA1 and MCA2 mediate cold-induced cytosolic Ca2+ increase and cold tolerance in Arabidopsis (2018)
  • 著者名/発表者名: Na Renhu, Kendo Mori, Maho Naito, Aki Nakamura, Hayato Shiba, Tsuyoshi Yamamoto, Takuya Suzaki, Hidetoshi Iida, Kenji Miura
  • 学会等名: 第５９回日本植物生理学会年会
• [学会発表] ICE1相互作用因子であるMYC型転写因子は低温ストレス耐性に抑制的に働く (2017)
  • 著者名/発表者名: 三浦謙治、太田賢、佐藤愛子、岡和、多田安臣
  • 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、鹿児島県鹿児島市
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] PIF4はシロイヌナズナの低温耐性を負に制御している (2017)
  • 著者名/発表者名: 奥田大貴、野澤理恵子、古本強、三浦謙治
  • 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、鹿児島県鹿児島市
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] Ca2+-permeable mechanosensitive channels MCA1 and MCA2 mediate cold-induced cytosolic Ca2+ increase and cold tolerance in Arabidopsis (2017)
  • 著者名/発表者名: Na Renhu, Kendo Mori, Maho Naito, Aki Nakamura, Hayato Shiba, Tsuyoshi Yamamoto, Takuya Suzaki, Hidetoshi Iida, Kenji Miura
  • 学会等名: Taiwan-Japan Plant Biology 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Targeted base editing in tomato using a CRISPR-Cas9 cytidine deaminase fusion (2017)
  • 著者名/発表者名: Kenji Miura, Tohru Ariizumi, Hiroshi Ezura
  • 学会等名: Taiwan-Japan Plant Biology 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Functional analysis of ICE1 interacting proteins for cold tolerance (2017)
  • 著者名/発表者名: Kenji Miura
  • 学会等名: Tsukuba Global Science Week 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Functional analysis of ICE1 inteacting proteins for cold tolerance (2016)
  • 著者名/発表者名: Kenji Miura, Masaru Ohta, Aiko Sato, Hayato Shiba, Machiko Nakazawa
  • 学会等名: International Conference on Arabidopsis Research
  • 発表場所: Gyeongju, Korea
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 波大学 生命環境系 生物科学専攻 植物分子細胞生物学研究室
  • URL: https://sites.google.com/view/tsukubapmcb
• [備考] 植物の低温ストレス応答に関与する新たな仕組みを解明
  • URL: https://www.tsukuba.ac.jp/attention-research/p201801111901.html
• [備考] 植物でタンパク質を大量に作る技術を開発 ～一過的発現システムの改良～
  • URL: http://www.tsukuba.ac.jp/attention-research/p201803191900.html
• [備考] 筑波大学 生命環境系 生物科学専攻 植物分子細胞生物学研究室
  • URL: http://www.gene.tsukuba.ac.jp/~kmiura/
• [備考] 筑波大学 植物分子細胞生物学研究室
  • URL: http://www.gene.tsukuba.ac.jp/~kmiura/
• [産業財産権] 植物細胞における発現システムとその利用 (2017)
  • 発明者名: 三浦謙治、星川健、江面浩
  • 権利者名: 筑波大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2017
  • 外国