植物の窒素栄養恒常性維持の分子メカニズム

• 研究課題/領域番号: 17K07705
• 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: 植物栄養学・土壌学
• 研究機関: 名古屋大学 (2018-2019); 国立研究開発法人理化学研究所 (2017)
• 研究代表者: 木羽 隆敏 名古屋大学, 生命農学研究科, 准教授 (20532097)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 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: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 窒素栄養 / 恒常性 / 窒素欠乏 / 転写制御 / 窒素栄養恒常性 / NIGT1 / リン欠乏 / 欠乏応答 / 転写因子 / 窒素飢餓 / 窒素恒常性 / 窒素不足 / 植物栄養

研究成果の概要

植物が生命活動を安定的に維持するためには、外環境と体内の窒素栄養状態に応じて個体の窒素栄養恒常性を保つことが極めて重要である。窒素栄養恒常性は、窒素充足応答と窒素欠乏応答のバランスにより維持されるが、本研究では窒素欠乏応答の側面からアプローチし、これら２つの応答のバランス制御を司る転写因子群NIGT1sを同定した。またNIGT1sは窒素応答とリン応答を統御するハブ因子として働き、窒素－リン栄養バランスの最適化に関与することも明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、古くから研究されてきた植物の窒素栄養応答の仕組みについて新たな分子メカニズムを明らかにした。また植物が複数の栄養応答を統御するメカニズムも解明しており、学術的意義は大きいと考える。
近年窒素やリン肥料の過剰な使用が、コスト高を招いているだけでなく深刻な環境問題をも引き起こしており、世界的に低インプット型持続的農業への移行が求められている。本研究成果は、野生種植物の高効率栄養獲得と利用のメカニズムの一端を明らかにしたものであり、低インプット型持続的農業に適した優良栽培作物創出につながると期待される。

研究成果

• [国際共同研究] INRA(フランス)
• [国際共同研究] INRA(フランス)
• [雑誌論文] Nitrate‐inducible NIGT1 proteins modulate phosphate uptake and starvation signalling via transcriptional regulation of SPX genes (2020)
  • 著者名/発表者名: Ueda Yoshiaki、Kiba Takatoshi、Yanagisawa Shuichi
  • 雑誌名: The Plant Journal 巻: 102 号: 3 ページ: 448-466
  • DOI: 10.1111/tpj.14637
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Harnessing symbiotic plant-fungus interactions to unleash hidden forces from extreme plant ecosystems (2020)
  • 著者名/発表者名: Perez-Alonso M.M., Guerrero-Galan, C., Scholz, S.S., Kiba, T., Sakakibara, H., Ludwig-Muller, J., Krapp, A., Oelmuller, R., Vicente-Carbajosa, J., Pollmann, S.
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 巻: 54 号: 13 ページ: 137-142
  • DOI: 10.1093/jxb/eraa040
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Sugar-induced de novo cytokinin biosynthesis contributes to Arabidopsis growth under elevated CO2 (2019)
  • 著者名/発表者名: Kiba Takatoshi、Takebayashi Yumiko、Kojima Mikiko、Sakakibara Hitoshi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 7765-7765
  • DOI: 10.1038/s41598-019-44185-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genome sequence of Striga asiatica provides insight into the evolution of plant parasitism. (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshida S. et al.
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 29 号: 18 ページ: 3041-3052
  • DOI: 10.1016/j.cub.2019.07.086
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] An efficient DNA- and selectable-marker-free genome-editing system using zygotes in rice (2019)
  • 著者名/発表者名: Toda Erika、Koiso Narumi、Takebayashi Arika、Ichikawa Masako、Kiba Takatoshi、Osakabe Keishi、Osakabe Yuriko、Sakakibara Hitoshi、Kato Norio、Okamoto Takashi
  • 雑誌名: Nature Plants 巻: 5 号: 4 ページ: 363-368
  • DOI: 10.1038/s41477-019-0386-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Shoot nitrate underlies a perception of nitrogen satiety to trigger local and systemic signaling cascades in Arabidopsis thaliana. (2019)
  • 著者名/発表者名: Okamoto Y, Suzuki T, Sugiura D, Kiba T, Sakakibara H, Hachiya T.
  • 雑誌名: Soil science and plant nutrition 巻: 65 号: 1 ページ: 56-64
  • DOI: 10.1080/00380768.2018.1537643
  • NAID: 210000012050
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Repression of nitrogen-starvation responses by members of the Arabidopsis GARP-type transcription factor NIGT1/HRS1 subfamily. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kiba, T., Inaba, J., Kudo, T., Ueda, N., Konishi, M., Mitsuda, N, Takiguchi, Y., Kondou, Y., Yoshizumi, T., Ohme-Takagi, M., Matsui, M., Yano, K., Yanagisawa, S., and Sakakibara, H.
  • 雑誌名: Plant Cell 巻: 30 号: 4 ページ: 925-945
  • DOI: 10.1105/tpc.17.00810
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] International Symposium on Long-Distance Signaling in Plants (2018)
  • 著者名/発表者名: Kiba, T.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 59 号: 9 ページ: 1697-1699
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy151
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] SUPERMAN regulates floral whorl boundaries through control of auxin biosynthesis. (2018)
  • 著者名/発表者名: Xu, Y., Prunet, N., Gan, E-S., Wang, Y., Stewart, D., Wellmer, F., Huang, J., Yamaguchi, N., Tatsumi, Y., Kojima, M., Kiba, T., Sakakibara, H., Jack, T.P., Meyerowitz, E.M., Ito, T.
  • 雑誌名: EMBO Journal 巻: - 号: 11
  • DOI: 10.15252/embj.201797499
  • NAID: 120006478564
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Chromatin-mediated feed-forward auxin biosynthesis in floral meristem determinacy. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, N., Huang, J., Tatsumi, Y., Abe, M., Sugano, S. S., Kojima, M., Takebayashi, Y., Kiba, T., Yokoyama, R., Nishitani, K., Sakakibara, H., and Ito, T.
  • 雑誌名: Nature Commun. 巻: 9 号: 1 ページ: 5290-5290
  • DOI: 10.1038/s41467-018-07763-0
  • NAID: 120006549567
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A NIGT1-centred transcriptional cascade regulates nitrate signalling and incorporates phosphorus starvation signals in Arabidopsis (2018)
  • 著者名/発表者名: Maeda Yoshie、Konishi Mineko、Kiba Takatoshi、Sakuraba Yasuhito、Sawaki Naoya、Kurai Tomohiro、Ueda Yoshiaki、Sakakibara Hitoshi、Yanagisawa Shuichi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 号: 1 ページ: 1-14
  • DOI: 10.1038/s41467-018-03832-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Systemic transport of trans-zeatin and its precursor have differing roles in Arabidopsis shoots (2017)
  • 著者名/発表者名: Osugi Asami、Kojima Mikiko、Takebayashi Yumiko、Ueda Nanae、Kiba Takatoshi、Sakakibara Hitoshi
  • 雑誌名: Nature Plants 巻: 3 号: 8 ページ: 17112-17112
  • DOI: 10.1038/nplants.2017.112
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inter-species hormonal control of host root morphology by parasitic plants. (2017)
  • 著者名/発表者名: Spallek, T., Melnyk, C.W., Wakatake, T., Zhang, J., Sakamoto, Y., Kiba, T., Yoshida, S., Matsunaga, S., Sakakibara, H., *Shirasu, K.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 巻: 印刷中 号: 20 ページ: 5283-5288
  • DOI: 10.1073/pnas.1619078114
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Kinetics of the LOV domain of ZEITLUPE determine its circadian function in Arabidopsis (2017)
  • 著者名/発表者名: Pudasaini Ashutosh、Shim Jae Sung、Song Young Hun、Shi Hua、Kiba Takatoshi、Somers David E、Imaizumi Takato、Zoltowski Brian D
  • 雑誌名: eLife 巻: 6 ページ: 1-27
  • DOI: 10.7554/elife.21646
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Nitrogen starvation responses in plants (2019)
  • 著者名/発表者名: Takatoshi Kiba
  • 学会等名: The 3rd International Conference on Life Sciences and Biotechnology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A mechanism for xylem loading of cytokinin mediated by ABCG14 (2019)
  • 著者名/発表者名: Takatoshi Kiba, Hitoshi Sakakibara
  • 学会等名: The International Plant Growth Substances Association Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Metabolomic and Transcriptomic Analysis of Metabolic Pathways Regulated by Nitrogen Starvation Response Regulator AtNIGT1s (2019)
  • 著者名/発表者名: Takatoshi Kiba, Hitoshi Sakakibara
  • 学会等名: The 4th International Symposium on the Nitrogen Nutrition of Plants
  • 国際学会
• [学会発表] Screening for the novel cytokinin transporter (2019)
  • 著者名/発表者名: 浦上拓也、木羽隆敏、榊原均
  • 学会等名: Frontiers in plant environmental response research
  • 国際学会
• [学会発表] Mechanism of ABCG14-mediated root-to-shoot cytokinin transport (2019)
  • 著者名/発表者名: 橋本祐典、木羽隆敏、榊原均
  • 学会等名: Frontiers in plant environmental response research
  • 国際学会
• [学会発表] Regulation of nitrogen acquisition under low availability and beyond (2019)
  • 著者名/発表者名: Takatoshi Kiba
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Nitrogen starvation responses in Arabidopsis: transcriptional and metabolic regulations (2019)
  • 著者名/発表者名: Takatoshi Kiba
  • 学会等名: Japan-Taiwan Plant Biology 2019
  • 国際学会
• [学会発表] シロイヌナズナにおいてNIGT1転写因子群は窒素条件依存的にリンシグナルを正に調節する (2019)
  • 著者名/発表者名: 植田佳明，木羽隆敏，柳澤修一
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] イネ受精卵を用いたDNAおよび選抜マーカーフリーなゲノム編集技術の確立と他作物種への応用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 戸田絵梨香，古磯成美，Tety Maryenti，竹林有理佳，市川雅子，木羽隆敏，刑部敬史，刑部祐里子，榊原均，加藤紀夫，岡本龍史
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Mechanism of ABCG14-mediated root-to-shoot cytokinin transport (2019)
  • 著者名/発表者名: 神谷麻友、稲葉ジュン、竹林裕美子、小嶋美紀子、木羽隆敏、榊原均
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 窒素飢餓応答制御とリン飢餓応答制御のクロストーク (2018)
  • 著者名/発表者名: 木羽隆敏
  • 学会等名: 日本植物学会第82回大会
• [学会発表] Regulation of nitrogen acquisition under low availability (2017)
  • 著者名/発表者名: Takatoshi Kiba
  • 学会等名: Bilateral Closure Symposium of GDRI Integrative Plant Biology Network Program
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Structural Variations of Long-Distance Translocated Cytokinins Control the Specificity of the Action in Shoot Growth and Development (2017)
  • 著者名/発表者名: Takatoshi Kiba
  • 学会等名: XIX International Botanical Congress
  • 国際学会
• [備考] 名古屋大学 大学院生命農学研究科 植物情報分子研究室
  • URL: https://www.agr.nagoya-u.ac.jp/~ck/
• [備考] 名古屋大学生命農学研究科植物情報分子研究室
  • URL: https://www.agr.nagoya-u.ac.jp/~ck/