基部植物ヒメツリガネゴケの生物時計解析―時計機能の多様化原理の理解に向けて

• 研究課題/領域番号: 16K07447
• 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: 遺伝・染色体動態
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 青木 摂之 名古屋大学, 情報学研究科, 准教授 (30283469)
• 研究協力者: 中井 皐太 ; 佐藤 健介 ; 龍 昌志
• 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: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2017年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2016年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
• キーワード: 生物時計 / ヒスチジンキナーゼ / 二成分制御系 / ヒメツリガネゴケ / 逆遺伝学 / PASドメイン / 概日時計 / 遺伝子 / 進化 / ゲノム / シグナル伝達 / 植物

研究成果の概要

現在も原始的な特徴を示すコケ植物のモデル種ヒメツリガネゴケを用い、逆遺伝学を駆使しつつ生物時計の分子機構を研究した。その結果、重要な時計関連因子の候補として、コケや小葉類などの古い系統群に固有のキナーゼタンパク質であるPHK1とPHK2が見出された。またこれらのタンパク質は、酸素条件に依存し、茎葉体の形成を正にも負にも制御する興味深い発生制御因子であることを明らかにした。さらにPHK1とPHK2からリン酸転移を受ける下流因子としてHPt2タンパク質を同定し、これらの因子からなる新規のシグナル伝達機構の一端が明らかになった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

学術的意義：植物の生物時計は、光合成産物の蓄積や生殖のタイミングを制御する重要機構であるが、その進化や多様性に関する研究は進んでいない。この研究では、原始的な系統に属するコケ植物を用い、時計機構に関連深いシグナル伝達因子のPHK1とPHK2が、酸素条件に依存して植物の発生を制御する因子でもあることを明らかにした点で学術的な意義が大きい。社会的意義：この２つのタンパク質の機能研究を進めることで、将来的には湛水耐性の付与や効果的な生殖制御につながる可能性があり、農業や園芸などの応用分野における波及効果が期待される。

研究成果

• [雑誌論文] PAS-histidine kinases PHK1 and PHK2 exert oxygen-dependent dual and opposite effects on gametophore formation in the moss Physcomitrella patens. (2018)
  • 著者名/発表者名: Masashi Ryo, Takafumi Yamashino,Hisanori Yamakawa, Yuichi Fujita and Setsuyuki Aoki.
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 503 号: 4 ページ: 2861-2865
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2018.08.056
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Light-regulated PAS-containing histidine kinases delay gametophore formation in the moss Physcomitrella patens (2018)
  • 著者名/発表者名: Ryo, M., Yamashino, T., Nomoto, Y., Goto, Y., Ichinose, M., Sato, K., Sugita, M. and Aoki, S.
  • 雑誌名: J. Exp. Bot. 巻: 69 号: 20 ページ: 4839-4851
  • DOI: 10.1093/jxb/ery257
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] ヒメツリガネゴケのPASヒスチジンキナーゼの研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 中井皐太、佐藤健介、龍昌志、山篠貴史、野本友司、後藤友規、一瀬瑞穂、杉田護、青木摂之
  • 学会等名: 名古屋生物リズム研究会
• [学会発表] ヒメツリガネゴケにおけるPASヒスチジンキナーゼを含む二成分制御系の同定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 中井皐太、佐藤健介、龍昌志、山篠貴史、野本友司、後藤友規、一瀬瑞穂、杉田護、青木摂之
  • 学会等名: 第６０回日本植物生理学会年会
• [学会発表] ヒメツリガネゴケのPASヒスチジンキナーゼの機能解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 青木摂之、龍昌志、野本友司、後藤友規、佐藤健介、中井皐太、一瀬瑞穂、杉田護、山篠貴史
  • 学会等名: 日本遺伝学会第９０回大会
• [学会発表] コケ植物のPASヒスチジンキナーゼの機能解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐藤健介、山篠貴史、龍昌志、山川壽伯、藤田祐一、青木摂之
  • 学会等名: 日本農芸化学会第１８３回支部例会
• [学会発表] ヒメツリガネゴケの茎葉体形成を制御するHKの解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 龍昌志、青木摂之
  • 学会等名: 第二回名古屋リズム研究会
• [学会発表] ヒメツリガネゴケのPAS-HKは茎葉体形成を抑制する (2018)
  • 著者名/発表者名: 龍昌志、山篠貴史、野本友司、後藤友規、一瀬瑞穂、杉田護、青木摂之
  • 学会等名: 日本農芸化学会２０１８年度名古屋大会
• [学会発表] ヒメツリガネゴケのPAS含有HKと概日時計 (2017)
  • 著者名/発表者名: 龍昌志、野本友司、山篠貴史、松尾拓哉、後藤友規、佐藤健介、一瀬瑞穂、杉田護、青木摂之
  • 学会等名: 第５８回日本植物生理学年会
  • 発表場所: 鹿児島大学郡元キャンパス
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] ヒメツリガネゴケの茎葉体形成を抑制する二成分制御系の研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 龍昌志、野本友司、後藤友規、一瀬瑞穂、杉田護、山篠貴史、青木摂之
  • 学会等名: 日本農芸化学会中部支部第１８０回例会
• [学会発表] ヒメツリガネゴケの茎葉体形成を抑制する二成分制御系の解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 龍昌志、野本友司、後藤友規、佐藤健介、一瀬瑞穂、杉田護、山篠貴史、青木摂之
  • 学会等名: 日本遺伝学会第89回大会
• [学会発表] Circadian Clock in the Moss Physcomitrella patens (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryo Masashi, Santosh B. Satbhai, Yuki Goto, Kensuke Sato, Ryo Okada, Takashi Yamashino, Takuya Matsuo, Mizuho Ichinose, Mamoru Sugita and Setsuyuki Aoki
  • 学会等名: Circadian Clock of Cyanobacteria during 1991-2017
  • 発表場所: Nagoya University, Sakata-Hirata Hall, Nagoya.
• [学会発表] ヒメツリガネゴケの疑似レスポンスレギュレータータンパク質と相互作用する因子の探索 (2016)
  • 著者名/発表者名: 龍昌志、野本友司、山篠貴史、松尾拓哉、後藤友規、佐藤健介、一瀬瑞穂、杉田護、青木摂之
  • 学会等名: 第２３回日本時間生物学会
  • 発表場所: 名古屋大学、名古屋
• [学会発表] Study of factors that potentially interact with the Pseudo-Response Regulator proteins in the moss Physcomitrella patens (2016)
  • 著者名/発表者名: Masashi Ryo, Yuji Nomoto, Takafumi Yamashino, Takuya Matsuo, Yuki Goto, Kensaku Sato, Mizuho Ichinose, Mamoru Sugita and Setsuyuki Aoki
  • 学会等名: International Symposium on Biological Rhythms
  • 発表場所: Nagoya University, Nagoya.
• [備考] 青木研website
  • URL: https://sites.google.com/view/aoki-lab/home
• [備考] 名古屋大学大学院情報学研究科青木研究室ホームページ
  • URL: https://inforhythmlab.jimdo.com/