ユビキチンリガーゼと鉄硫黄クラスターによる鉄栄養制御機構

• 研究課題/領域番号: 18H02115
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分38010:植物栄養学および土壌学関連
• 研究機関: 石川県立大学
• 研究代表者: 小林 高範 石川県立大学, 生物資源環境学部, 教授 (70590206)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円); 2021年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2020年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2019年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2018年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
• キーワード: 鉄欠乏 / ユビキチンリガーゼ / 鉄硫黄クラスター / イネ / 発現制御

研究成果の概要

イネのユビキチンリガーゼHRZの基質候補であるグルタレドキシン（GRX）、bZIP転写因子、bHLH転写因子等について、in vitro 実験を行った。GRX、bZIPがHRZ依存的に26Sプロテアソーム系により分解されることを明らかにした。これらの遺伝子および、鉄欠乏誘導性ペプチドの遺伝子 IMA について過剰発現イネ、発現抑制イネを作製、解析した。GRX、bZIP転写因子は HRZ の新規下流因子であり、鉄の体内輸送や利用を促進することを明らかにした。また、bHLH転写因子、IMAペプチドは鉄欠乏応答を正に制御する因子であることを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究により、イネにおいてHRZ が鉄の吸収や蓄積を抑える際に、GRX、bZIP転写因子、bHLH転写因子、IMAペプチドを介して鉄の輸送や吸収を調節していることが明らかになった。また、植物細胞内における鉄欠乏の感知とシグナル伝達に関する知見が得られた。本研究の知見は、HRZ の働きを適切に調節し、鉄分を吸いにくい土壌でも良好に生育する植物、鉄分が豊富な作物を創出することに貢献すると期待される。

研究成果

• [雑誌論文] 10. 鉄の輸送とその制御機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小林 高範
  • 雑誌名: 日本土壌肥料学雑誌 巻: 92 号: 2 ページ: 141-147
  • DOI: 10.20710/dojo.92.2_141
  • NAID: 130008024140
  • ISSN: 0029-0610, 2424-0583
  • 年月日: 2021-04-05
  • 査読あり
• [雑誌論文] Roles of subcellular metal homeostasis in crop improvement (2021)
  • 著者名/発表者名: Bashir Khurram、Ahmad Zarnab、Kobayashi Takanori、Seki Motoaki、Nishizawa Naoko K
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 巻: 72 号: 6 ページ: 2083-2098
  • DOI: 10.1093/jxb/erab018
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Defects in the rice aconitase-encoding OsACO1 gene alter iron homeostasis (2020)
  • 著者名/発表者名: Senoura Takeshi、Kobayashi Takanori、An Gynheung、Nakanishi Hiromi、Nishizawa Naoko K.
  • 雑誌名: Plant Molecular Biology 巻: 104 号: 6 ページ: 629-645
  • DOI: 10.1007/s11103-020-01065-0
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The bHLH protein OsIRO3 is critical for plant survival and iron (Fe) homeostasis in rice (Oryza sativa L.) under Fe-deficient conditions (2020)
  • 著者名/発表者名: Wang Fan、Itai Reiko N.、Nozoye Tomoko、Kobayashi Takanori、Nishizawa Naoko K.、Nakanishi Hiromi
  • 雑誌名: Soil Science and Plant Nutrition 巻: 66 号: 4 ページ: 579-592
  • DOI: 10.1080/00380768.2020.1783966
  • 査読あり
• [雑誌論文] Iron deficiency-inducible peptide-coding genes <i>OsIMA1</i> and <i>OsIMA2</i> positively regulate a major pathway of iron uptake and translocation in rice (2020)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Takanori、Nagano Atsushi J、Nishizawa Naoko K
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 巻: 72 号: 6 ページ: 2196-2211
  • DOI: 10.1093/jxb/eraa546
  • 査読あり
• [雑誌論文] 植物における鉄の認識と鉄関連遺伝子の発現制御～鉄欠乏耐性・高ミネラル栄養イネの作出へ向けて～ (2019)
  • 著者名/発表者名: KOBAYASHI Takanori
  • 雑誌名: 化学と生物 巻: 57 号: 12 ページ: 728-735
  • DOI: 10.1271/kagakutoseibutsu.57.728
  • NAID: 130007948468
  • ISSN: 0453-073X, 1883-6852
  • 年月日: 2019-12-01
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] OsbHLH058 and OsbHLH059 transcription factors positively regulate iron deficiency responses in rice (2019)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Takanori、Ozu Asami、Kobayashi Subaru、An Gynheung、Jeon Jong-Seong、Nishizawa Naoko K.
  • 雑誌名: Plant Molecular Biology 巻: 101 号: 4-5 ページ: 471-486
  • DOI: 10.1007/s11103-019-00917-8
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Understanding the Complexity of Iron Sensing and Signaling Cascades in Plants (2019)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Takanori
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 60 号: 7 ページ: 1440-1446
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz038
  • 査読あり
• [雑誌論文] Iron transport and its regulation in plants (2019)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Takanori、Nozoye Tomoko、Nishizawa Naoko K.
  • 雑誌名: Free Radical Biology and Medicine 巻: 133 ページ: 11-20
  • DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2018.10.439
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hemerythrin E3 Ubiquitin Ligases as Negative Regulators of Iron Homeostasis in Plants (2019)
  • 著者名/発表者名: Rodriguez-Celma Jorge、Chou Hsuan、Kobayashi Takanori、Long Terri A.、Balk Janneke
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 10 ページ: 98-98
  • DOI: 10.3389/fpls.2019.00098
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] イネ OsbZIP83 転写因子はユビキチンリガーゼ OsHRZ の制御下で鉄の体内輸送を促進する (2022)
  • 著者名/発表者名: 小林高範, 新川はるか, 永野惇, 西澤直子
  • 学会等名: 第63回日本植物生理学会年会
• [学会発表] イネのグルタレドキシンはユビキチンリガーゼ HRZ の制御下で鉄の利用を調節する (2022)
  • 著者名/発表者名: 新川はるか, 小林高範, 永野惇, 西澤直子
  • 学会等名: 第63回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Regulation of plant iron deficiency responses by iron-sensing HRZ/BTS ubiquitin ligases (2021)
  • 著者名/発表者名: Takanori Kobayashi
  • 学会等名: The International Chemical Congress of Pacifichem Basin Societies 2021 (Pacifichem 2021)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 新規鉄肥料PDMAの効果検定とイネの鉄欠乏誘導性ペプチドOsIMAの機能解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小林高範
  • 学会等名: 令和３年度 石川県立大学生物資源工学研究所 公開講座 2021年12月2日
  • 招待講演
• [学会発表] ユビキチンリガーゼ HRZ によるイネの鉄シグナリング (2021)
  • 著者名/発表者名: 小林高範
  • 学会等名: 植物の栄養研究会 第6回研究交流会
  • 招待講演
• [学会発表] ユビキチンリガーゼOsHRZのドメイン変異による鉄欠乏耐性・鉄蓄積イネの作製 (2021)
  • 著者名/発表者名: 井原崇斗, 室田明星, 西澤直子, 小林高範, 中西啓仁
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2021年度例会
• [学会発表] 鉄・亜鉛結合性ユビキチンリガーゼHRZによる植物の鉄欠乏応答と鉄感知 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小林高範
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会シンポジウム「生命金属科学の新展開」
  • 招待講演
• [学会発表] 植物の新規鉄欠乏応答制御因子の発見 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小林高範
  • 学会等名: 令和２年度石川県立大学生物資源工学研究所公開講座
  • 招待講演
• [学会発表] ユビキチンリガーゼHRZのゲノム編集による鉄欠乏耐性・鉄蓄積イネの作製 (2020)
  • 著者名/発表者名: 室田明星, 井原崇斗, 西澤直子, 小林高範
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会中部支部2020年度例会
• [学会発表] 鉄の研究による植物の生産性と栄養価の向上 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小林高範
  • 学会等名: 2020年度日本海イノベーション会議
  • 招待講演
• [学会発表] イネの鉄欠乏誘導性ペプチドOsIMA1、OsIMA2は鉄欠乏応答を促進する (2020)
  • 著者名/発表者名: 小林高範, 永野惇, 西澤直子
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2020年度岡山大会
• [学会発表] Regulation of iron deficiency responses by glutaredoxins and bHLH transcription factors interacting with HRZ ubiquitin ligases (2019)
  • 著者名/発表者名: Takanori Kobayashi, Asami Ozu, Subaru Kobayashi, Naoko K. Nishizawa
  • 学会等名: 17th International Symposium on Rice Functional Genomics (ISRFG 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Production and analysis of ubiquitin ligase OsHRZ rice mutants by CRISPR/Cas9 (2019)
  • 著者名/発表者名: Akari Murota, Naoko K. Nishizawa, Takanori Kobayashi
  • 学会等名: 17th International Symposium on Rice Functional Genomics (ISRFG 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Production of new iron deficiency-tolerant rice lines by combination of HRZ knockdown and introduction of mutational reconstructed ferric chelate reductase (2019)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Maeda, Rintaro Yuki, Takeshi Senoura, Hiroshi Masuda, May Sann Aung, Naoko K. Nishizawa, Takanori Kobayashi
  • 学会等名: 17th International Symposium on Rice Functional Genomics (ISRFG 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] イネ転写因子OsbHLH058、OsbHLH059は鉄欠乏応答を正に制御する (2019)
  • 著者名/発表者名: 小林高範、小津亜沙美、小林昴、西澤直子
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2019年度静岡大会
• [学会発表] CRISPR/Cas9によるユビキチンリガーゼOsHRZ 変異イネの作出と解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 室田明星・西澤直子・小林高範
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2019年度静岡大会
• [学会発表] HRZ ノックダウンと三価鉄還元酵素の組み合わせによる新規鉄欠乏耐性イネの創出 (2019)
  • 著者名/発表者名: 前田慶介・結城麟太郎・瀬野浦武志・増田寛志・メイ サン アウン・西澤直子・小林高範
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2019年度静岡大会
• [学会発表] Regulation of iron deficiency responses by HRZ ubiquitin ligases and their interacting partners (2018)
  • 著者名/発表者名: Takanori Kobayashi
  • 学会等名: 19th International Symposium on Iron Nutrition and Interactions in Plants (ISINIP)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] HRZ 結合性グルタレドキシンによるイネの鉄欠乏応答制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小林高範、西澤直子
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2018年度神奈川大会
• [学会発表] 鉄結合性ユビキチンリガーゼ HRZ による鉄栄養制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小林高範、メイサンアウン、増田寛志、瀬野浦武志、西澤直子
  • 学会等名: 第11回北陸合同バイオシンポジウム
• [図書] アルカリ性不良土壌での農業を可能にする環境調和型鉄吸収促進剤の開発 Vol. 79, No. 5, p. 386-387. バイオサイエンスとインダストリー (2021)
  • 著者名/発表者名: 小林高範, 鈴木基史, 難波康祐
  • 総ページ数: 2
  • 出版者: （一財）バイオインダストリー協会
• [図書] 「植物の鉄欠乏応答メカニズム、ミネラル含量の多い作物の創出」生命金属ダイナミクス 生体内における金属の挙動と制御 監修：城典嗣、津本浩平 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小林高範
  • 総ページ数: 8
  • 出版者: 株式会社エヌ・ティー・エス
• [図書] Iron biofortification: the gateway to overcoming hidden hunger; in The Future of Rice Demand: Quality Beyond Productivity, ed. de Oliveira, A.C., Pegoraro, C., Viana, V.E. (2020)
  • 著者名/発表者名: Masuda, H., Aung, M.S., Kobayashi, T. and Nishizawa, N.K.
  • 総ページ数: 29
  • 出版者: Springer Inc.
• [図書] 「農業生産と環境保全、高ミネラル作物の開発へ向けた植物の鉄の研究」石川県立大学産学官ネットワークナウ (2019)
  • 著者名/発表者名: 小林高範
  • 総ページ数: 5
  • 出版者: 石川県立大学産学官学術交流センター