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根の水分屈性能の改変による節水型植物成長制御法を開発するための基盤研究

研究課題

研究課題/領域番号 16K07955
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 農業環境・情報工学
研究機関東北大学

研究代表者

高橋 秀幸  東北大学, 生命科学研究科, 教授 (70179513)

研究協力者 小林 啓恵  
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 *注記
4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2018年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2017年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2016年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
キーワード水分屈性 / MIZ1 / 皮層 / オーキシン / 根冠 / シロイヌナズナ / イネ / キュウリ / 重力屈性 / 宇宙実験 / 根 / ミヤコグサ / 生物環境調節 / MIZU-KUSSEI1 (MIZ1)
研究成果の概要

本研究では、根の水分屈性(水分勾配に応答して高水分側に屈曲伸長する能力)を制御するMIZ1の機能を解析し、また、水分屈性におけるオーキシンと根冠の関与を植物種間で比較した。その結果、シロイヌナズナでは、MIZ1が伸長領域の皮層で機能すること、その水分屈性がオーキシンおよび根冠に非依存的に発現することがわかった。ミヤコグサの水分屈性もオーキシン非依存的に発現する一方で、イネ、エンドウ、キュウリでは、オーキシンが水分屈性を制御するものの、その水分屈性は根冠非依存的であることがわかった。このように、水分屈性が重力屈性とは異なる新奇メカニズムによって制御されることが明らかになった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究成果は、新奇の成長制御メカニズムを明らかにし、植物の感覚生物学にブレークスルーをもたらしただけでなく、根の水分屈性制御因子の調節によって、植物の水獲得能・効率的な水利用を大幅に改善できる革新的技術開発への糸口を見出した。すなわち、根の水分屈性を制御するユニークな分子メカニズムとその植物種間差は、地球上の半乾燥地や宇宙空間のような閉鎖生態系における植物工場をも視野に入れた技術開発の基盤となり、砂漠の緑化や耕地拡大と増収、さらには制御環境下における効率的植物生産を確保するための独創的かつ革新的な技術に発展する可能性をもたらした。

報告書

(3件)
  • 2018 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (23件)

すべて 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 3件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件)

  • [国際共同研究] University of Nottingham(英国)

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Nottingham大学(英国)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Root-tip-mediated inhibition of hydrotropism is accompanied with the suppression of asymmetric expression of auxin-inducible genes in response to moisture gradients in cucumber roots2018

    • 著者名/発表者名
      Fujii N, Miyabayashi S, Sugita T, Kobayashi A, Yamazaki C, Miyazawa Y, Kamada M, Kasahara H, Osada I, Shimazu T, Fusejima Y, Higashibata A, Yamazaki T, Ishioka N, Takahashi H
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 13 号: 1 ページ: 1-25

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0189827

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 植物の成長を支配する重力応答と宇宙実験2018

    • 著者名/発表者名
      高橋秀幸
    • 雑誌名

      生体の科学

      巻: 69 ページ: 162-167

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Root hydrotropism is controlled via a cortex-specific growth mechanism2017

    • 著者名/発表者名
      Dietrich D, Pang L, Kobayashi A, Fozard JA, Boudolf V, Bhosale R, Antoni R, Nguyen T, Hiratsuka S, Fujii N, Miyazawa Y, ---(省略)---Takahashi H, Bennett MJ(計32名)
    • 雑誌名

      Nature Plants

      巻: 3 号: 6 ページ: 17057-17057

    • DOI

      10.1038/nplants.2017.57

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Auxin transport and response requirements for root hydrotropism differ between plant species2017

    • 著者名/発表者名
      Nakajima Y, Nara Y, Kobayashi A, Sugita T, Miyazawa Y, Fujii N, Takahashi H
    • 雑誌名

      Journal of Experimental Botany

      巻: 68 号: 13 ページ: 3441-3456

    • DOI

      10.1093/jxb/erx193

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Gravitropism interferes with hydrotropism via counteracting auxin dynamics in cucumber roots: clinorotation and spaceflight experiments2017

    • 著者名/発表者名
      Morohashi K, Okamoto M, Yamazaki C, Fujii N, Miyazawa Y, Kamada M, Kasahara H, Osada I, Shimazu T, Fusejima Y, Higashibata A, Yamazaki T, Ishioka N, Kobayashi A, Takahashi H
    • 雑誌名

      New Phytologist

      巻: 215 号: 4 ページ: 1476-1489

    • DOI

      10.1111/nph.14689

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 宇宙環境を利用した植物科学の研究シナリオ2017

    • 著者名/発表者名
      高橋秀幸、日出間純、北宅善昭、保尊隆享、唐原一郎、矢野幸子
    • 雑誌名

      Int. J. Microgravity Sci. Appl.

      巻: 34

    • NAID

      130007773157

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [雑誌論文] The gravity-induced re-localization of auxin efflux carrier CsPIN1 in cucumber seedlings: spaceflight experiments for immunohistochemical microscopy.2016

    • 著者名/発表者名
      Yamazaki C, Fujii N, Miyazawa Y, Kamada M, Kasahara H, Osada I, Shimazu T, Fusejima Y, Higashibata A, Yamazaki T, Ishioka N, Takahashi H.
    • 雑誌名

      npj Microgravity

      巻: 2 号: 1 ページ: 16030-16030

    • DOI

      10.1038/npjmgrav.2016.30

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 宇宙惑星居住科学の戦略2018

    • 著者名/発表者名
      高橋秀幸
    • 学会等名
      第31回宇宙環境利用シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Auxin and cytokinin negatively regulate hydrotropism in Arabidopsis roots2017

    • 著者名/発表者名
      Lei Pang, Akie Kobayashi, Nobuharu Fujii, Hideyuki Takahashi
    • 学会等名
      第58回日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      鹿児島大学郡元キャンパス(鹿児島県、鹿児島市)
    • 年月日
      2017-03-16
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] シロイヌナズナの根の水分屈性と重力屈性は刺激受容・シグナル伝達機構を異にする2017

    • 著者名/発表者名
      小林啓恵, Pang Lei, 平塚奏太郎, 藤井伸治, 宮沢豊, 長谷あきら, 細川陽一郎, Dietrich Daniela, Bennett Malcolm, 高橋秀幸
    • 学会等名
      第31回宇宙環境利用シンポジウム
    • 発表場所
      JAXA宇宙科学研究所(神奈川県、相模原市)
    • 年月日
      2017-01-16
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 重力宇宙生物学が解明した植物機能、水分屈性2017

    • 著者名/発表者名
      高橋秀幸
    • 学会等名
      日本宇宙生物科学会第31回大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] キュウリの根の水分屈性は重力を感受する根端に非依存的なオーキシン輸送によって制御される2017

    • 著者名/発表者名
      杉田智樹、宮林彩智子、藤井伸治、小林啓恵、高橋秀幸
    • 学会等名
      日本宇宙生物科学会第31回大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] キュウリの根の重力屈性と水分屈性時に偏差的に発現する遺伝子のオーキシン応答性の解析2017

    • 著者名/発表者名
      藤井伸治、宮林彩智子、小林啓恵、山崎千秋、宮沢豊、鎌田源司、笠原春夫、長田郁子、嶋津徹、伏島康男、東端晃、山崎丘、石岡憲昭、高橋秀幸
    • 学会等名
      日本宇宙生物科学会第31回大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] キュウリの根の水分屈性は重力を感受する根端に非依存的なオーキシン輸送によって制御される2017

    • 著者名/発表者名
      杉田智樹、宮林彩智子、藤井伸治、小林啓恵、高橋秀幸
    • 学会等名
      東北植物学会第7回大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] キュウリの根の重力・水分屈性時の偏差発現遺伝子のオーキシン応答性の解析2017

    • 著者名/発表者名
      藤井伸治, 宮林彩智子, 小林啓恵, 山崎千秋, 宮沢豊, 鎌田源司, 笠原春夫, 長田郁子, 嶋津徹, 伏島康男, 東端晃, 山崎丘, 石岡憲昭, 高橋秀幸
    • 学会等名
      東北植物学会第7回大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] シロイヌナズナ根の水分屈性欠損突然変異体mizu-kussei 1のサプレッサーの探索2017

    • 著者名/発表者名
      小林啓恵, 庄司千捷, 櫨聖奈, 内田真弓, 岩田悟, 宮沢豊, 藤井伸治, 髙橋秀幸
    • 学会等名
      東北植物学会第7回大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] シロイヌナズナの根の水分屈性欠損突然変異体miz1のサプレッサーmzp1遺伝子の解析2016

    • 著者名/発表者名
      小菅慎之助, 岩田悟, 小林啓恵, 宮沢豊, 藤井伸治, 髙橋秀幸
    • 学会等名
      東北植物学会第6回大会
    • 発表場所
      東北大学青葉山キャンパス(宮城県、仙台市)
    • 年月日
      2016-12-10
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Hydrotropism interacts with gravitropism by reducing auxin content in Arabidopsis roots2016

    • 著者名/発表者名
      Lei Pang, Akie Kobayashi, Nobuharu Fujii, Hideyuki Takahashi
    • 学会等名
      東北植物学会第6回大会
    • 発表場所
      東北大学青葉山キャンパス(宮城県、仙台市)
    • 年月日
      2016-12-10
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Gravity-regulated/influenced growth responses in plants: gravitropism vs. hydrotropism2016

    • 著者名/発表者名
      Hideyuki Takahashi
    • 学会等名
      Luncheon seminar at the 11th Asian Microgravity Symposium
    • 発表場所
      北海道大学工学部(北海道、札幌市)
    • 年月日
      2016-10-25
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A Pathway that Laterally Transports Auxin from the Upper Side to the Lower Side of the Transition Zone of Cucumber Seedlings via Endodermal Layers is Formed Due to Gravitstimulation2016

    • 著者名/発表者名
      Nobuharu Fujii, Chiaki Yamazaki, Yutaka Miyazawa, Motoshi Kamada, Haruo Kasahara, Ikuko Osada, Toru Shimazu, Yasuo Fusejima, Akira Higashibata, Takashi Yamazaki, Noriaki Ishioka, Hideyuki Takahashi
    • 学会等名
      11th Asian Microgravity Symposium
    • 発表場所
      北海道大学工学部(北海道、札幌市)
    • 年月日
      2016-10-25
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] キュウリの根の重力屈性による水分屈性の抑制機構2016

    • 著者名/発表者名
      藤井伸治, 宮林彩智子, 小林啓恵, 高橋秀幸
    • 学会等名
      日本宇宙生物科学会第30回大会
    • 発表場所
      愛知医科大学(愛知県、長久手市)
    • 年月日
      2016-10-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2022-02-22  

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