植物時計のrobustな振動特性を支えるクロマチン構造制御機構の解明

• 研究課題/領域番号: 18H02137
• 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38030:応用生物化学関連
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 山篠 貴史 名古屋大学, 生命農学研究科, 准教授 (00314005)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022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: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2020年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2019年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2018年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
• キーワード: 植物の概日時計 / 転写調節 / エピゲノム / 植物概日時計 / 転写制御 / タンパク質間相互作用 / シロイヌナズナ / 概日リズム / クロマチン / 遺伝子発現調節 / 概日時計 / 擬似レスポンスレギュレーター / 植物時計 / 光情報伝達 / レスポンスレギュレーター / エピゲノム修飾 / ヒストン修飾 / クロマチン構造制御

研究成果の概要

生物時計のゲート効果は環境シグナルの入力を特定の時間帯に制限することにより、環境変動にrobustな時計遺伝子の発現振動を支えている。遺伝子発現の調節領域におけるDNAのメチル化やヒストンのアセチル化はクロマチン構造変化をもたらし、転写活性のポテンシャルを規定することが知られている。本研究ではシロイヌナズナの中心振動体のネガティブフィードバックループ回路を形成するPRR familyとその標的遺伝子CCA1/LHYに着目し、PRR familyが中心振動体のクロマチン構造制御に如何なる役割を果たしているかを明らかにする。

研究成果の学術的意義や社会的意義

概日リズムを生成する植物時計の中心振動体タンパク質は外環境に同調しながら24時間周期で発現レベルが変動することが知られている。この振動の振幅は100倍以上の振れ幅をもち自由継続する性質も兼ね備えている。本研究では中心振動体のrobustな振動特性を支える背景にはエピゲノム制御を介した日周レベルのクロマチンダイナミズムが存在することを明らかにした。

研究成果

• [国際共同研究] CSIRO/Aalborg University/Karlsruhe Institute of Technology(オーストラリア)
• [雑誌論文] Patterned proliferation orients tissue-wide stress to control root vascular symmetry in Arabidopsis (2023)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara M, Imamura M, Matsushita K, Roszak P, Yamashino T, Hosokawa Y, Nakajima K, Fujimoto K, Miyashima S.
  • 雑誌名: Curr Biol. 巻: 33 号: 5 ページ: 886-893
  • DOI: 10.1016/j.cub.2023.01.036
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Diurnal control of intracellular distributions of PAS-Histidine kinase 1 and its interactions with partner proteins in the moss Physcomitrium patens. (2022)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi Haruki、Yamashino Takafumi、Anami Shu、Suzuki Ryo、Sugita Mamoru、Aoki Setsuyuki
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 616 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2022.05.070
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A hierarchical transcriptional network activates specific CDK inhibitors that regulate G2 to control cell size and number in Arabidopsis (2022)
  • 著者名/発表者名: Nomoto Yuji、Takatsuka Hirotomo、Yamada Kesuke、Suzuki Toshiya、Suzuki Takamasa、Huang Ying、Latrasse David、An Jing、Gombos Magdolna、Breuer Christian、Ishida Takashi、Maeo Kenichiro、Imamura Miyu、Yamashino Takafumi、Sugimoto Keiko、Magyar Zolt?n、B?gre L?szl?、Raynaud C?cile、Benhamed Moussa、Ito Masaki
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 号: 1 ページ: 1660-1660
  • DOI: 10.1038/s41467-022-29316-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Red light-regulated interaction of Per-Arnt-Sim histidine kinases with partner histidine-containing phosphotransfer proteins in Physcomitrium patens (2021)
  • 著者名/発表者名: Anami S, Yamashino T, Suzuki R, Nakai K, Sato K, Wu B, Ryo M, Sugita M, Aoki S.
  • 雑誌名: Genes Cells 巻: 26 号: 9 ページ: 698-713
  • DOI: 10.1111/gtc.12878
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] CCA1 and LHY contribute to nonhost resistance to Pyricularia oryzae (syn. Magnaporthe oryzae) in Arabidopsis thaliana. (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamaura S, Yamauchi Y, Makihara M, Yamashino T, Ishikawa A.
  • 雑誌名: Biosci Biotechnol Biochem. 巻: 84 号: 1 ページ: 76-84
  • DOI: 10.1080/09168451.2019.1660612
  • 査読あり
• [雑誌論文] The cereal pathogen Fusarium pseudograminearum produces a new class of active cytokinins during infection. (2018)
  • 著者名/発表者名: Sorensen JL, Benfield AH, Wollenberg RD, Westphal K, Wimmer R, Nielsen MR, Nielsen KF, Carere J, Covarelli L, Beccari G, Powell J, Yamashino T, Kogler H, Sondergaard TE, Gardiner DM.
  • 雑誌名: Mol Plant Pathol. 巻: 19 号: 5 ページ: 1140-1154
  • DOI: 10.1111/mpp.12593
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Light-regulated PAS-containing histidine kinases delay gametophore formation in the moss Physcomitrella patens (2018)
  • 著者名/発表者名: Ryo, M., Yamashino, T., Nomoto, Y., Goto, Y., Ichinose, M., Sato, K., Sugita, M. and Aoki, S.
  • 雑誌名: J. Exp. Bot. 巻: 69 号: 20 ページ: 4839-4851
  • DOI: 10.1093/jxb/ery257
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] PAS-histidine kinases PHK1 and PHK2 exert oxygen-dependent dual and opposite effects on gametophore formation in the moss Physcomitrella patens. (2018)
  • 著者名/発表者名: Masashi Ryo, Takafumi Yamashino,Hisanori Yamakawa, Yuichi Fujita and Setsuyuki Aoki.
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 503 号: 4 ページ: 2861-2865
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2018.08.056
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] シロイヌナズナのGRAS型転写因子SCL28による細胞周期抑制を介した細胞サイズ制御 (2022)
  • 著者名/発表者名: 野本 友司，高塚 大知，山田圭佑，鈴木 俊哉，鈴木 孝征，今村 美友，山篠 貴史，Raynaud，Moussa Benhamed，伊藤 正樹
  • 学会等名: 日本植物学会第86回大会
• [学会発表] ヒメツリガネゴケの PAS ヒスチジンキナーゼの細胞内局在と相互作用にみられる日内変動 (2022)
  • 著者名/発表者名: 菊地 陽貴，山篠 貴史，鈴木 遼，阿南 秀，龍 昌志，六鹿 郁哉，菅沼 裕紀奈，杉田 護，青木 摂之
  • 学会等名: 日本植物学会第86回大会
• [学会発表] シロイヌナズナの概日時計中心振動体PRR7 のレシーバー様ドメインの機能解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 寺前智瑛，市古幹洋，山篠貴史
  • 学会等名: 第63回日本植物生理学会年会
• [学会発表] サイトカイニン誘導性の bHLH 転写因子ファミリーによる高等植物シロイヌナズナの二次成長への関与についての研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 櫻井芳幸，島田由里菜，上坂一馬，山篠貴史
  • 学会等名: 第63回日本植物生理学会年会
• [学会発表] サイトカイニン情報伝達を介した二次成長誘導機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 今村美友，光田展隆，坂本真吾，近 藤侑貴，上坂一馬，高木優，山篠 貴史
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] ヒメツリガネゴケの PAS-Histidine Kinases の機能解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 鈴木遼，山篠貴史，阿南秀，龍昌志，中井皐太，呉博文，菊地陽貴，杉田護，青木摂之
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 植物時計の中心振動体PRR familyのレーシーバー様ドメインの構造と機能 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小林将英，高田祐輔，寺前智瑛，山篠貴史
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 高等植物シロイヌナズナの根端分裂組織における放射パターン形成に関与する制御機構の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 權部晃一，今村美友，宮島俊介，中 島敬二，山篠貴史
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 植物時計を構成する中心 振動体 PRR family のレシー バー様ドメインの機能解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 高田祐輔,小林将英,古川 博規,山篠貴史
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] サイトカイニン情報伝達によ る肥厚成長に関与する LBD/ ASL ファミリー転写因子の機 能解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 今村美友, 島田由里菜, 伊藤正樹, 光田展隆, 近藤侑貴, 高木優, 山篠貴史
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] ヒメツリガネゴケにおける PAS ヒスチジンキナーゼを含む二成分制御系の同定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 中井皐太, 佐藤健介, 龍昌志, 山篠貴史, 野本友司, 後藤雄規, 一瀬瑞穂, 杉田護, 青木摂之
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 植物時計の中心振動体 PRR7 に保存されたレシーバー様ドメインの構造と機能 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小林将英、高田祐輔、山篠貴史
  • 学会等名: 第3回名古屋リズム研究会
• [学会発表] 高等植物シロイヌナズナの二次肥厚を活性化するサイト カイニン情報伝達経路の解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 島田由里菜, 今村美友, 權部晃一, 山篠貴史
  • 学会等名: 2019年度日本農芸化学会大会
• [学会発表] シロイヌナズナ軸性器官でのサイトカイニンによる細胞分裂活性の制御に関与する転写因子の分子機能 (2018)
  • 著者名/発表者名: 今村 美友、島田 由里菜、古川 博規、馬場 真里、山篠 貴史
  • 学会等名: 日本農芸化学会中部支部第183回例会
• [学会発表] コケ植物のPASヒスチジンキナーゼの機能解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐藤健介, 山篠貴史, 龍昌志, 山川壽伯, 藤田祐一, 青木摂之
  • 学会等名: 日本農芸化学会中部支部第183回例会
• [学会発表] 植物時計の中心振動体 PRR に保存されたレシーバー様ドメインの機能解析農芸化学会中部支部第183回例会 (2018)
  • 著者名/発表者名: 高田祐輔,古川博規,今村美友, 嶺野雄登, 野本友司, 山篠貴史
  • 学会等名: 日本農芸化学会中部支部第183回例会