植物ペルオキシソームの多様性と適応性の獲得機構

• 研究課題/領域番号: 17K07457
• 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: 基礎生物学研究所
• 研究代表者: 真野 昌二 基礎生物学研究所, オルガネラ制御研究室, 准教授 (20321606)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020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); 2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 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: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: ペルオキシソーム / 多様性 / シロイヌナズナ / apem変異体 / タンパク質輸送 / ゼニゴケ / オルガネラ形成 / 脂質結合 / Peroxin / GFP / 進化 / 共通性／多様性 / 非モデル植物 / 形質転換植物 / RNA-seq / タンパク質間相互作用 / 適応性

研究成果の概要

シロイヌナズナapem (aberrant peroxisome morphology) 変異体の解析を進め、ペルオキシソームタンパク質輸送やペルオキシソーム膜脂質に関する分子機構を明らかにした。シロイヌナズナのペルオキシソーム関連因子をコードする遺伝子が、ゼニゴケやギンリョウソウに存在することを明らかにした。タンパク質輸送については、陸上植物で使用されているPTS (Peroxisome targeting signal) 1とPTS2輸送系が、ゼニゴケにも存在することが明らかとなり、植物の陸上化の初期に獲得されていたことが示された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

ペルオキシソーム形成や機能発現の制御機構の解析は、これまでシロイヌナズナを中心に進められてきたが、このシロイヌナズナの知見が植物に共通なものなのかは明らかにされていなかった。本研究成果から、ペルオキシソームタンパク質の輸送機構については共通性が高いこと、進化の過程で遺伝子重複により機能の多様性を獲得していったことが明らかとなった。ペルオキシソームは、植物のみならず動物や酵母の細胞においても必須のオルガネラであることから、本研究成果は、真核生物におけるペルオキシソーム形成や機能発現の共通原理の理解における知見として意義がある。

研究成果

• [雑誌論文] Regulation of sugar and storage oil metabolism by phytochrome during de-etiolation (2020)
  • 著者名/発表者名: Kozuka, T., Sawada, Y., Imai, H., Kanai, M., Yokota-Hirai, M., Mano, S., Uemura, M., Nishimura, M., Kusaba, M., and Nagatani, A.
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 182 号: 2 ページ: 1114-1129
  • DOI: 10.1104/pp.19.00535
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Sucrose starvation induces microautophagy in plant root cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Goto-Yamada, S., Oikawa, K., Bizan, J., Shigenobu, S., Yamaguchi, K., Mano, S., Hayashi, M., Ueda, H., Hara-Nishimura, I., Nishimura, M., and Yamada, K.
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 10 ページ: 1604-1604
  • DOI: 10.3389/fpls.2019.01604
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Autophagy controls reactive oxygen species homeostasis in guard cells that is essential for stomatal opening (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamauchi, S., Mano, S., Oikawa, K., Hikino, K., Teshima, M.K., Kimori, Y., Nishimura, M., Shimazaki, K., and Takemiya, A.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 巻: 116 号: 38 ページ: 19187-19192
  • DOI: 10.1073/pnas.1910886116
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gateway binary vectors with organelle-targeted fluorescent proteins for highly sensitive reporter assay in gene expression analysis of plants. (2019)
  • 著者名/発表者名: Sultana, M.M., Dutta, A.K., Tanaka, Y., Aboulela, M., Nishimura, K., Sugiura, S., Niwa, T., Maeo, K., Goto-Yamada, S., Kimura, T., Ishiguro, S., Mano, S., and Nakagawa, T.
  • 雑誌名: Journal of Biotechnology 巻: 297 ページ: 19-27
  • DOI: 10.1016/j.jbiotec.2019.03.015
  • NAID: 120006845280
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Novel gateway binary vectors for rapid tripartite DNA assembly and promoter analysis with various reporters and tags in the liverwort Marchantia polymorpha. (2018)
  • 著者名/発表者名: Mano, S., Nishihama, R., Ishida, S., Hikino, K., Kondo, M., Nishimura, M., Yamato, T.K., Kohchi, K., and Nakagawa, T.
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 3 号: 10 ページ: e0204964-e0204964
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0204964
  • NAID: 120006534596
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effect of mutation of C-terminal and heme binding region of Arabidopsis catalase on the import to peroxisomes. (2018)
  • 著者名/発表者名: Fujikawa, Y., Suekawa, M., Endo, S., Fukami, Y., Mano, S., Nishimura, M., and Esaka, M.
  • 雑誌名: Biosci. Biotechnol. Biochem. 巻: 83 号: 2 ページ: 322-325
  • DOI: 10.1080/09168451.2018.1530094
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A dual-site gateway cloning system for simultaneous cloning of two genes for plant transformation. (2017)
  • 著者名/発表者名: Aboulela, M., Tanaka, Y., Nishimura, K., Mano, S., Kimura, T., and Nakagawa, T.
  • 雑誌名: Plasmid 巻: 92 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1016/j.plasmid.2017.05.001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of an R4 dual-site (R4DS) gateway cloning system enabling the efficient simultaneous cloning of two desired sets of promoters and open reading frames in a binary vector for plant research. (2017)
  • 著者名/発表者名: Aboulela, M., Tanaka, Y., Nishimura, K., Mano, S., Nishimura, M., Ishiguro, S., Kimura, T., and Nakagawa, T.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 12 号: 5 ページ: 177889-177901
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0177889
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An efficient method for the isolation of highly purified RNA from seeds for use in quantitative transcriptome analysis. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kanai, M., Mano, S., and Nishimura, M.
  • 雑誌名: J. Vis. Exp. 巻: 119 号: 119
  • DOI: 10.3791/55008
  • 査読あり
• [学会発表] ペルオキシソーム形成に関わるシロイヌナズナAPEM6様タンパク質の機能比較 (2021)
  • 著者名/発表者名: 神垣あかね、西村幹夫、真野昌二
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 水溶性ビタミンを介した母体による胚と胚乳の発生制御 (2021)
  • 著者名/発表者名: 石本聖絵、鈴木雅晴、杉木愛、木嵜暁子、真野昌二、野坂（髙橋）実鈴、鈴木俊哉、タキムニュン、志水（佐藤）佐江、豊田敦、鈴木孝征、田畑亮、櫻井望、澤進一郎、長戸康郎、マッカーティードナルド、佐藤豊
  • 学会等名: 日本植物学会第84回大会
• [学会発表] オルガネラ形成に関わるシロイヌナズナAPEM6ホモログの機能解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 神垣あかね、西村幹夫、真野昌二
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] オートファジーは孔辺細胞ROSホメオ スタシスを制御することで青色光依存の気孔開口を可能にする (2020)
  • 著者名/発表者名: 山内翔太、真野昌二、及川和聡、曳野和美、手島康介、木森義隆、西村幹生、島崎研一郎、武宮淳史
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] ペルオキシソーム形成に関わる新規因子APEM6の機能と局在制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 神垣あかね、西村幹夫、真野昌二
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 植物細胞を覗く ～ミクロの世界の探索～ (2018)
  • 著者名/発表者名: 真野昌二
  • 学会等名: 大学共同利用機関シンポジウム2018 ～最先端研究大集合～
  • 招待講演
• [学会発表] dentification and characterization of molecular players for peroxisome biogenesis and functions based on imaging-based approach (2017)
  • 著者名/発表者名: Mano, S., Goto-Yamada, S., Oikawa, K., and Nishimura, M.
  • 学会等名: Taiwan-Japan Plant Biology 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Development of two Gateway binary vector series for the assembly of three DNA fragments and promoter analysis in Marchantia polymorpha (2017)
  • 著者名/発表者名: Mano, S., Nishihama, R., Ishida, S., Kazumi, H., Kondo, M., Yamato, K., Kohchi, T., and Nakagawa, T.
  • 学会等名: The 65th NIBB Conference Marchantia Workshop 2017 Renaissance of Marchantia polymorpha -the genome and beyond
  • 国際学会
• [学会発表] イメージング技術を用いた植物ペルオキシソーム研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 真野昌二
  • 学会等名: 第1回プラントバイオイメージング研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Roles of LON protease and autophagy in the peroxisome quality control. (2017)
  • 著者名/発表者名: Goto-Yamada, S., Mano, S., Oikawa, K., and Nishimura, M.
  • 学会等名: EUROBIOTEC 2017 EXPO
  • 国際学会
• [学会発表] 植物の高次機能を支えるペルオキシソーム機能発現と形成機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 真野昌二、及川和聡、後藤-山田志野、Cui Songkui、林誠、西村幹夫
  • 学会等名: ConBio2017
  • 招待講演
• [図書] Methods in Molecular Biology. Two-Hybrid Systems. Methods and Protocol (2018)
  • 著者名/発表者名: Goto-Yamada, S., Hikino, K., Nishimura, M., Nakagawa, T., and Mano, S.
  • 総ページ数: 355
  • 出版者: Springer.
  • ISBN: 9781493978700
• [備考] オルガネラ制御研究室
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/plantorganelles/