分子育種基盤としてのストレス制御因子の解析

• 研究課題/領域番号: 17380002
• 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: 育種学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 内宮 博文 東京大学, 分子細胞生物学研究所, 教授 (50142229)
• 研究期間 (年度): 2005 – 2007
• 研究課題ステータス: 完了 (2007年度)
• 配分額: 17,230千円 (直接経費: 15,700千円、間接経費: 1,530千円); 2007年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円); 2006年度: 5,100千円 (直接経費: 5,100千円); 2005年度: 5,500千円 (直接経費: 5,500千円)
• キーワード: ストレス応答 / 細胞死 / イネ / アラビドプシス / 補酵素 / 分子育種 / シグナル因子 / NDA / ストレス / 酸化還元因子 / 代謝物 / シロイヌナズナ / 活性酸素 / メタボローム / プログラム細胞死 / NAD代謝 / ミトコンドリア

研究概要

植物は一定の場所に定着する生活様式を有することから、周囲の環境変化の影響を直接的に受けている。そのため、植物体内の状態を一定に保つ機構や、環境変化に応じて組織や器官の分化を調節し、最も適応した体制をとるものと考えられる。本研究では植物のストレス応答をプログラム細胞死の面から解析する目的で、関連遺伝子の単離およびストレス耐性獲得機構との関係について解析した。種々の形質転換体を用いて以下の解析をおこなった。すなわち、酸化還元因子と代謝系との関係を明らかにした。さらに植物の細胞死抑制遺伝子を単離し、本因子が植物における細胞死を抑制することを確認した。これらの成果をふまえ、当該遺伝子の植物における機能を明らかにした。植物が外的、あるいは内的なストレスによって死にいたる経路には種々の細胞内因子が関与している。細胞死の促進因子としては細胞内因子酸素が重要な役割を担っていることが明らかになっている。そこで、形質転換体を用いて、代謝産物の解析を行った。その結果、特定のアミノ酸の合成促進が明らかになった。一方、DFR過剰発現体の葉と根ではアミノ酸組成に大きな変化は見られなかったが、数種類の有機酸が変動した。種子中のアミノ酸量、総糖量、でんぷん量、アミロース量は一定であった。培養細胞ではグルタチオン量が増加しており、還元率も大きく増加した。同時に、グルタチオンペルオキダーゼ活性、グルタチオン還元酵素活性も増加した。また育種素材として育成されたDFRアイソジェニック系統を用い、ストレス耐性と代謝変動を調査した結果、ROS耐性との相関が示された。

研究成果

• [雑誌論文] Mutual Regulation of Arabidopsis thaliana Ethylene-responsive Element Binding Protein and a Plant Floral Homeotic Gene, APETALA2 (2007)
  • 著者名/発表者名: Ogawa, T., H. Uchimiya, M. Kawai-Yamada
  • 雑誌名: Ann. Bot. 99 ページ: 239-244
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Arabidopsis thaliana nicotinate/nicotinamide mononucleotide adenyltran sferase (AtNMNAT) is required for the growth of pollen tub (2007)
  • 著者名/発表者名: Hashida, S., H. Takahashi, M. Kawai-Yamada, H. Uchimiya
  • 雑誌名: Plant Journal 49 ページ: 694-703
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cell death suppressor, Arabidopsis BI-1, is associated with calmodulin-binding and ion homeostasis. (2007)
  • 著者名/発表者名: Ihara-Ohori, Y., M. Nagano, S. Muto, H. Uchimiya, M. Kawai-Yamada
  • 雑誌名: Plant Phys. 143 ページ: 650-660
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mutual Regulation of Arabidopsis thaliana Ethylene-responsive Element Binding Protein and a Plant Floral Homeotic Gene, APETALA2 (2007)
  • 著者名/発表者名: Ogawa, T., et al.
  • 雑誌名: Ann. Bot. 99 ページ: 239-244
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Arabidopsis thaliana nicotinate/nicotinamide mononucleotide adenyltransferase (AtNMNAT) is required for the growth of pollen tub (2007)
  • 著者名/発表者名: Hashida, S., et al.
  • 雑誌名: Plant Journal 49 ページ: 694-703
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Cell death suppressor, Arabidopsis BI-1, is associated with calmodulin-binding and ion homeostasis. (2007)
  • 著者名/発表者名: Ihara-Ohori, Y., et al.
  • 雑誌名: Plant Phys. 143 ページ: 650-660
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Arabidopsis thaliana nicotinate/nicotinamide mononucleotide adenyltransferase (AtNMNAT) is required for the growth of pollen tub (2007)
  • 著者名/発表者名: Hashida, S., H. Takahashi, M. Kawai-Yamada, H. Uchimiya
  • 雑誌名: Plant Journal 49 ページ: 694-703
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cell death suppressor, Arabidopsis BI-1, is associated with calmodulin-binding and ion homeostasis (2007)
  • 著者名/発表者名: Ihara-Ohori, Y., M. Nagano, S. Muto, H. Uchimiya, M. Kawai-Yamada
  • 雑誌名: Plant Phys. 143 ページ: 650-660
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Arabidopsis D-type cyclin CYCD4 controls cell division in the stomatal lineage of the hypocotyl epidermis (2007)
  • 著者名/発表者名: Kono, A., C. Umeda-Hara, S. Adachi, N. Nagata, M. Konomi, T. Nakagawa, H. Uchimiya, M. Umeda
  • 雑誌名: Plant Cell 19 ページ: 1265-1277
• [雑誌論文] The Bax Inehibitor-1 needs a functional electron transport chain for cell death Suppression (2007)
  • 著者名/発表者名: Oshima, R., K. Yoshinaga, Y. Ihara-Ohori, R. ZFukuda, A. Ohta, H. Uchimiya, M. Kawai-Yamada
  • 雑誌名: FEBS Letters 581 ページ: 4627-4632
• [雑誌論文] The Mitochondrial Fission Regulator DRP3B Does Not Regulate Cell Death in Plants (2006)
  • 著者名/発表者名: Yoshinaga, K., M. Fujimoto, S. Arimura, N. Tsutsumi, H. Uchimiya, M. Kawai-Yamada
  • 雑誌名: Annals of Botany 97 ページ: 1145-1149
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of metabolic alteration in transgenic rice overexpressing dihydroflavonol-4-reductase. (2006)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, H., M. Hayashi, F. Goto, S. Sato, T. Soga, T. Nishioka, M. Tomita, M. Kawai-Yamada, H. Uchimiya
  • 雑誌名: Ann. Bot. 98 ページ: 819-825
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chloroplast NAD kinase is essential for energy transduction through xanthophyll cycle in photosynthesis. (2006)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, H., A. Watanabe, A. Tanaka, S. Hashida, M. Kawai-Yamada., K. Sonoike, Uchimiya, H.
  • 雑誌名: Plant Cell Phys. 47 ページ: 1678-1682
  • NAID: 10018809609
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Mitochondrial Fission Regulator DRP3B Does Not Regulate Cell Death in Plants (2006)
  • 著者名/発表者名: Yoshinaga, K., et al.
  • 雑誌名: Annals of Botany 97 ページ: 1145-1149
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Evaluation of metabolic alteration in transgenic rice dihydroflavonol-4-reductase. (2006)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, H., et al.
  • 雑誌名: Ann. Bot. 98(Overexpressing) ページ: 819-825
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Chloroplast NAD kinase is essential for energy transduction through xanthophyll cycle in photosynthesis. (2006)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, H., et al.
  • 雑誌名: Plant Cell Phys. 47 ページ: 1678-1682
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The Mitochondrial Fission Regulator DRP3B Does Not Regulate Cell Death in Plants (2006)
  • 著者名/発表者名: Yoshinaga, K., M.Fujimoto, S.Arimura, N.Tsutsumi, H.Uchimiya, M.Kawai-Yamada
  • 雑誌名: Annals of Botany 97 ページ: 1145-1149
• [雑誌論文] Abolition of tapetum suicide program ruins microsporogenesis. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kawanabe, T., T.Ariizumi, M.Kawai-Yamada, H.Uchimiya, K.Toriyama
  • 雑誌名: Plant Cell Physiology 47 ページ: 784-787
  • NAID: 10017602383
• [雑誌論文] Evaluation of metabolic alteration in transgenic rice overexpressing dihydroflavonol-4-reductase. (2006)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, H., M.Hayashi, F.Goto, S.Sato, T.Soga, T.Nishioka, M.Tomita, M.Kawai-Yamada, H.Uchimiya
  • 雑誌名: Annals of Botany 98 ページ: 819-825
• [雑誌論文] Chloroplast NAD kinase is essential for energy transduction through xanthophylls cycle in photosynthesis. (2006)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, H., A.Watanabe, A.Tanaka, S.Hashida, M.Kawai-Yamada, K.Sonoike, Uchimiya, H.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiology 47 ページ: 1687-1682
  • NAID: 10018809609
• [雑誌論文] A small acidic protein 1(SMAP1) mediates responses of the Arabidopsis root to the synthetic auxin 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2006)
  • 著者名/発表者名: Rahman, A., A.Nakasone, T.Chhun, C.Ooura, K.K.Biswas, H.Uchimiya, S.Tsurumi, T.I.Baskin, A.Tanaka, Y.Oono
  • 雑誌名: Plant Journal 47 ページ: 788-801
• [雑誌論文] Analysis of the Arabidopsis thaliana Cell Growth Defect Factor 2 (Cdf2) Suppressing Yeast Cell Proliferation (2006)
  • 著者名/発表者名: Kim, K-M., Y-S.Lim, I-W.Sul, A.Hirata, M.Kawai-Yamada, H.Uchimiya
  • 雑誌名: Korean J. Genetics 28 ページ: 201-206
• [雑誌論文] Enhanced dihydroflavonol-4-reductase activity and NAD homeostasis leading to cell death tolerance in transgenic rice. (2005)
  • 著者名/発表者名: Hayashi, M., H. Takahashi, K. Tamura, J-R. Huang, L-H. Yu, M. Kawai-Yamada, T. Tezuka, H. Uchimiya
  • 雑誌名: Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A. 102 ページ: 7020-7025
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Functional Analysis of Arabidopsis Ethylene-Responsive Element Binding Protein Conferring Resistance to Bax and Abiotic Stress-Induced Plant Cell Death (2005)
  • 著者名/発表者名: Ogawa, Taro. L. Pan, M. Kawai-Yamada, L-H. Yu, S. Yamamura, T. Koyama, S. Kitajima, M. Ohme-Takagi, F. Sato, H. Uchimiya
  • 雑誌名: Plant Physiology 138 ページ: 1436-1445
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] A novel Arabidopsis gene causes Bax-like lethality in Saccharomyces cerevisiae (2005)
  • 著者名/発表者名: Kawai-Yamada, Maki., Y. Saito, L-H. Jin, T. Ogawa, K-M. Kim, L-H. Yu, Y. Tone, A. Hirata, M. Umeda, H. Uchimiya
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 280(47) ページ: 39468-39473
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced dihydroflavonol-4-reductase activity and NAD homeostasis leading to cell death tolerance in transgenic rice. (2005)
  • 著者名/発表者名: Hayashi, M., et al.
  • 雑誌名: Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A. 102 ページ: 7020-7025
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Functional Analysis of Arabidopsis Ethylene-Responsive Element Binding Protein Conferring Resistance to Bax and Abiotic Stress-Induced Plant Cell Death (2005)
  • 著者名/発表者名: Ogawa, Taro., et al.
  • 雑誌名: Plant Physiology 138 ページ: 1436-1445
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A novel Arabidopsis gene causes Bax-like lethality in Saccharomyces cerevisiae (2005)
  • 著者名/発表者名: Kawai-Yamada, Maki, et al.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 289 ページ: 39468-39473
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Enhanced dihydroflavonol-4-reductase activity and NAD homeostasis leading to cell death tolerance in transgenic rice. (2005)
  • 著者名/発表者名: Hayashi, M. et al.
  • 雑誌名: Proc.Nat.Acad.Sci.U.S.A. 107 ページ: 7020-7025
• [雑誌論文] Proteome approach to characterize the methylmalonate-semialdehyde dehydrogenase that is regulated by gibberellin (2005)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, N. et al.
  • 雑誌名: Journal of Proteome Research 4・5 ページ: 1575-1582
• [雑誌論文] Functional Analysis of Arabidopsis Ethylene-Responsive Element Binding Protein Conferring Resistance to Bax and Abiotic Stress-Induced Plant Cell Death (2005)
  • 著者名/発表者名: Ogawa, T. et al.
  • 雑誌名: Plant Physiology 138 ページ: 1436-1445
• [雑誌論文] Mitochondrial Behaviour in the Early Stages of ROS Stress Leading to Cell Death in Arabidopsis thaliana (2005)
  • 著者名/発表者名: Yoshinaga, K. et al.
  • 雑誌名: Annals of Botany 96 ページ: 337-342
• [雑誌論文] A novel Arabidopsis gene causes Bax-like lethality in Saccharomyces cerevisiae (2005)
  • 著者名/発表者名: Kawai-Yamada, M. et al.
  • 雑誌名: The Journal of Biological Chemistry 280・47 ページ: 39468-39473
• [雑誌論文] Mammalian Bax initiates plant cell death through organelle destruction (2005)
  • 著者名/発表者名: Yoshinaga, K. et al.
  • 雑誌名: Plant Cell Reports 24 ページ: 408-417
• [学会発表] Molecular and metabolic signals in oxidative stress tolerance (2007)
  • 著者名/発表者名: Uchimiya H., Hayashida S., Takahashi H., Kawai-Yamada M.
  • 学会等名: 国際嫌気生物学会
  • 発表場所: Matsushima, Japan
  • 年月日: 2007-11-23
• [学会発表] NAD代謝改変による代謝亢進の機構 (2007)
  • 著者名/発表者名: 川合真紀, 高橋秀行, 橋田慎之介, 内宮博文
  • 学会等名: 第48回日本植物生理学会 シンポジウム 栄養シグナルと植物機能制御
  • 発表場所: 愛媛大学(松山)
• [学会発表] シロイヌナズナNAD生合成遺伝子の機能解析 (2007)
  • 著者名/発表者名: 橋田慎之介, 伊丹勇人, 高橋秀行, 川合真紀, 内宮博文
  • 学会等名: 第48回日本植物生理学会
  • 発表場所: 愛媛大学(松山)
• [学会発表] Nicotinate/nicotinamide mononucleotide adenyltransferase, a key enzyme in the NAD biosynthetic pathway, is essential for pollen tube growth in Arabidopsis thaliana (2006)
  • 著者名/発表者名: Shin-nosuke Hashida, Hideyuki Talahashi, Maki Kawai-Yamad a, Hirofiimi Uchimiya
  • 学会等名: 第20回国際生化学・分子生物学会議/第11回アジア・オセアニア生化学者・分子生物学者連合会議(the 20th IUBMB International Congress of Biochemistry and Molecular Biology and 11th FAOBMB Congress)
  • 発表場所: 京都
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Nicotinate/nicotinamide mononucleotide Biology adenyltransferase, a key enzyme in the NAD biosynthetic pathway, is essential for pollen tube growth in Arabidopsis thaliana (2006)
  • 著者名/発表者名: Shin-nosuke Hashida, et al.
  • 学会等名: the 20th IUBMB International of Biochemistry and Molecular and 11th FAOBMB Congress)
  • 発表場所: Kyoto
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] イネにおけるトウモロコシHm1様遺伝子(YK1)の機能解析 (2005)
  • 著者名/発表者名: 林光紀, 高橋秀行, 内宮博文
  • 学会等名: 第46回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 新潟コンベンションセンター朱鷺メッセ
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] 酸化ストレス耐性とNAD代謝解析 (2005)
  • 著者名/発表者名: 渡辺綾子, 高橋秀行, 橋田慎之介, 川合真紀, 園池公毅, 内宮博文
  • 学会等名: 第23回日本植物細胞分子生物学会京都大会・シンポジウム
  • 発表場所: 京都大学
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [備考] 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • URL: http://www.iam.u-tokyo.ac.jp/plantlab/index.html
• [産業財産権] AtBI-1を用いた雄性不稔植物の製造方法 (2005)
  • 発明者名: 鳥山 欽哉, 川邊 隆大, 内宮 博文, 山田 真紀
  • 権利者名: 国立大学法人東北大学
  • 産業財産権番号: 2005-174312
  • 出願年月日: 2005-06-14