植物細胞の内と外を結ぶ物質輸送システムはいかに獲得されたか

• 研究課題/領域番号: 18H02470
• 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44030:植物分子および生理科学関連
• 研究機関: 基礎生物学研究所
• 研究代表者: 上田 貴志 基礎生物学研究所, 細胞動態研究部門, 教授 (10311333)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円); 2020年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2019年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2018年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
• キーワード: エンドサイトーシス / エキソサイトーシス / クラスリン / ANTHドメイン / シロイヌナズナ / ゼニゴケ / RAB GTPase / エンドサイトーシス経路 / 分泌経路 / PICALM / 膜交通 / 多様化 / Rab GTPase / ANTH / exocyst / 細胞膜 / RAB / SNARE / 分泌

研究成果の概要

陸上植物の進化の過程で著しく多様化したエンドサイトーシス・エキソサイトーシス関連分子の機能解析を通して，細胞膜機能の発現を支える膜交通経路の分子機構の解明と，その多様化の歴史の再構成を試みた．その結果，クラスリンアダプターであるPICALMファミリーの機能が進化の過程で多様化し，異なるタンパク質のエンドサイトーシスに関わることで，有性生殖や栄養生長など植物の様々な発生段階で重要な役割を担っていることが示された．また，RAB11とRAB8が分泌経路でカスケードを構成して機能する可能性が示された．

研究成果の学術的意義や社会的意義

細胞の内側から外側へ，あるいは外側から内側へと物質を輸送する仕組みは，生命を維持するために欠かせないものです．この仕組みは進化の過程でそれぞれの生物ごとに変化し，洗練されてきました．この研究では，この進化の過程を植物を用いて明らかにすることで，現在の植物細胞内の物質輸送の仕組みがどのように出来上がってきたのかを明らかにしました．

研究成果

• [国際共同研究] Heidelberg University/Max Planck Institute/Osnabruck University(ドイツ)
• [国際共同研究] Universidad Nacional del Litoral(アルゼンチン)
• [国際共同研究] Monash University/The University of Melbourne(オーストラリア)
• [国際共同研究] Heidelberg University(ドイツ)
• [雑誌論文] Identification of genes involved in <i>Meloidogyne incognita</i>-induced gall formation processes in <i>Arabidopsis thaliana</i> (2021)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Reira、Ueda Takashi、Wada Takuji、Ito Masaki、Ishida Takashi、Sawa Shinichiro
  • 雑誌名: Ｐｌａｎｔ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 巻: 38 号: 1 ページ: 1-8
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.20.0716a
  • NAID: 130008002844
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • 年月日: 2021-03-25
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Temperature-dependent fasciation mutants provide a link between mitochondrial RNA processing and lateral root morphogenesis (2021)
  • 著者名/発表者名: Otsuka Kurataka、Mamiya Akihito、Konishi Mineko、Nozaki Mamoru、Kinoshita Atsuko、Tamaki Hiroaki、Arita Masaki、Saito Masato、Yamamoto Kayoko、Hachiya Takushi、Noguchi Ko、Ueda Takashi、Yagi Yusuke、Kobayashi Takehito、Nakamura Takahiro、Sato Yasushi、Hirayama Takashi、Sugiyama Munetaka
  • 雑誌名: eLife 巻: 10
  • DOI: 10.7554/elife.61611
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cargo sorting zones in the trans-Golgi network visualized by super-resolution confocal live imaging microscopy in plants (2021)
  • 著者名/発表者名: Shimizu Yutaro、Takagi Junpei、Ito Emi、Ito Yoko、Ebine Kazuo、Komatsu Yamato、Goto Yumi、Sato Mayuko、Toyooka Kiminori、Ueda Takashi、Kurokawa Kazuo、Uemura Tomohiro、Nakano Akihiko
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 号: 1 ページ: 1901-1901
  • DOI: 10.1038/s41467-021-22267-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Oil Body Formation in Marchantia polymorpha Is Controlled by MpC1HDZ and Serves as a Defense against Arthropod Herbivores (2020)
  • 著者名/発表者名: Romani F., Banic E., Florent S.N., Kanazawa T., Goodger J.Q.D., Mentink R.A., Dierschke T., Zachgo S., Ueda T., Bowman J.L., Tsiantis M., Moreno J.E.
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 30 号: 14 ページ: 2815-2828.e8
  • DOI: 10.1016/j.cub.2020.05.081
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Characterization of ancestral myosin XI from Marchantia polymorpha by heterologous expression in Arabidopsis thaliana (2020)
  • 著者名/発表者名: Duan Zhongrui、Tanaka Misato、Kanazawa Takehiko、Haraguchi Takeshi、Takyu Akiko、Era Atsuko、Ueda Takashi、Ito Kohji、Tominaga Motoki
  • 雑誌名: The Plant Journal 巻: 104 号: 2 ページ: 460-473
  • DOI: 10.1111/tpj.14937
  • 査読あり
• [雑誌論文] Longin R-SNARE is retrieved from the plasma membrane by ANTH domain-containing proteins in Arabidopsis (2020)
  • 著者名/発表者名: Fujimoto Masaru、Ebine Kazuo、Nishimura Kohji、Tsutsumi Nobuhiro、Ueda Takashi
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 117 号: 40 ページ: 25150-25158
  • DOI: 10.1073/pnas.2011152117
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Arabidopsis V-ATPase is localized to the TGN/EE via a seed plant-specific motif (2020)
  • 著者名/発表者名: Lupanga U., Rohrich R., Askani J., Hilmer S., Kiefer C., Krebs M., Kanazawa T., Ueda T., Schumacher K.
  • 雑誌名: eLife 巻: 9
  • DOI: 10.7554/elife.60568
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The liverwort oil body is formed by redirection of the secretory pathway (2020)
  • 著者名/発表者名: Kanazawa T., Morinaka H., Ebine K., Shimada T.L., Ishida S., Minamino N., Yamaguchi K., Shigenobu S., Kohchi T., Nakano A., Ueda T.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1 ページ: 6152-6152
  • DOI: 10.1038/s41467-020-19978-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Role of Autophagy in Male Reproductive Processes in Land Plants (2020)
  • 著者名/発表者名: Norizuki Takuya、Minamino Naoki、Ueda Takashi
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 11 ページ: 756-756
  • DOI: 10.3389/fpls.2020.00756
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Purification and Interaction Analysis of a Plant-Specific RAB5 Effector by In Vitro Pull-Down Assay (2020)
  • 著者名/発表者名: Ito Emi、Choi Seung-won、Ueda Takashi
  • 雑誌名: Methods in Molecular Biology 巻: 2177 ページ: 183-197
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-0767-1_15
  • ISBN: 9781071607664, 9781071607671
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deep Imaging Analysis in VISUAL Reveals the Role of YABBY Genes in Vascular Stem Cell Fate Determination (2020)
  • 著者名/発表者名: Nurani Alif Meem、Ozawa Yasuko、Furuya Tomoyuki、Sakamoto Yuki、Ebine Kazuo、Matsunaga Sachihiro、Ueda Takashi、Fukuda Hiroo、Kondo Yuki
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 61 号: 2 ページ: 255-264
  • DOI: 10.1093/pcp/pcaa002
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Enrichment of Phosphatidylinositol 4,5-Bisphosphate in the Extra-Invasive Hyphal Membrane Promotes Colletotrichum Infection of Arabidopsis thaliana (2019)
  • 著者名/発表者名: Shimada Takashi L、Betsuyaku Shigeyuki、Inada Noriko、Ebine Kazuo、Fujimoto Masaru、Uemura Tomohiro、Takano Yoshitaka、Fukuda Hiroo、Nakano Akihiko、Ueda Takashi
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 60 号: 7 ページ: 1514-1524
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz058
  • 査読あり
• [雑誌論文] Marchantia polymorpha, a New Model Plant for Autophagy Studies (2019)
  • 著者名/発表者名: Norizuki T., Kanazawa T., Minamino N., Tsukaya H., Ueda T.
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 10 ページ: 935-935
  • DOI: 10.3389/fpls.2019.00935
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The RopGEF KARAPPO Is Essential for the Initiation of Vegetative Reproduction in Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiwatashi T., Goh H., Yasui Y., Koh L.Q., Takami H., Kajikawa M., Kirita H., Kanazawa T., Minamino N., Togawa T., Sato M., Wakazaki M., Yamaguchi K., Shigenobu S., Fukaki H., Mimura T., Toyooka K., Sawa S., Yamato K.T.,Ueda T., Urano D., Kohchi T., Ishizaki K.
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 29 号: 20 ページ: 3525-3531
  • DOI: 10.1016/j.cub.2019.08.071
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Protamines from liverwort are produced by posttranslational cleavage and C-terminal di-aminopropanelation of several male germ-specific H1 histones (2019)
  • 著者名/発表者名: D'Ippolito, RA., Minamino, N, Rivera-Casas, C., Cheema, MS, Bai, DL., Kasinsky, HE., Shabanowitz, J., Eirin-Lopez, JM., Ueda, T., Hunt, DF., and Ausio, J.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 未定 号: 44 ページ: 16364-16373
  • DOI: 10.1074/jbc.ra119.010316
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] RAB GTPases and their effectors in plant endosomal transport (2019)
  • 著者名/発表者名: 1)Minamino, N. and Ueda, T.
  • 雑誌名: Curr. Opin. Plant Biol. 巻: 52 ページ: 61-68
  • DOI: 10.1016/j.pbi.2019.07.007
  • 査読あり
• [雑誌論文] A whole-cell electron tomography model of vacuole biogenesis in Arabidopsis root cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Cui Yong、Cao Wenhan、He Yilin、Zhao Qiong、Wakazaki Mayumi、Zhuang Xiaohong、Gao Jiayang、Zeng Yonglun、Gao Caiji、Ding Yu、Wong Hiu Yan、Wong Wing Shing、Lam Ham Karen、Wang Pengfei、Ueda Takashi、Rojas-Pierce Marcela、Toyooka Kiminori、Kang Byung-Ho、Jiang Liwen
  • 雑誌名: Nature Plants 巻: 5 号: 1 ページ: 95-105
  • DOI: 10.1038/s41477-018-0328-1
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A Golgi-Released Subpopulation of the Trans-Golgi Network Mediates Protein Secretion in Arabidopsis (2018)
  • 著者名/発表者名: Uemura Tomohiro、Nakano Ryohei Thomas、Takagi Junpei、Wang Yiming、Kramer Katharina、Finkemeier Iris、Nakagami Hirofumi、Tsuda Kenichi、Ueda Takashi、Schulze-Lefert Paul、Nakano Akihiko
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 179 号: 2 ページ: 519-532
  • DOI: 10.1104/pp.18.01228
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] RAB GTPases in the Basal Land Plant Marchantia polymorpha (2018)
  • 著者名/発表者名: Minamino Naoki、Kanazawa Takehiko、Era Atsuko、Ebine Kazuo、Nakano Akihiko、Ueda Takashi
  • 雑誌名: Plant Cell Phys. 巻: in press 号: 4 ページ: 850-861
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy027
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Distinct sets of tethering complexes, SNARE complexes, and Rab GTPases mediate membrane fusion at the vacuole in Arabidopsis (2018)
  • 著者名/発表者名: Takemoto Kodai、Ebine Kazuo、Askani Jana Christin、Kruger Falco、Gonzalez Zaida Andres、Ito Emi、Goh Tatsuaki、Schumacher Karin、Nakano Akihiko、Ueda Takashi
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci USA. 巻: 115 号: 10
  • DOI: 10.1073/pnas.1717839115
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Integration of two RAB5 groups during endosomal transport in plants (2018)
  • 著者名/発表者名: Ito, E., Ebine, K., Choi, S., Uemura, T., Nakano, A. and Ueda, T.
  • 雑誌名: eLife 巻: 7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Involvement of S-type anion channels in disease resistance against an oomycete pathogen in Arabidopsis seedling (2018)
  • 著者名/発表者名: Kurusu, T., Mitsuka, D., Yagi, C., Kitahata, N., Tsutsui, T., Ueda, T., Yamamoto, Y., Negi, J., Iba, K., Betsuyaku, S., Kuchitsu, K.
  • 雑誌名: Commun. Integr. Biol. 巻: 11 ページ: 1-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transcriptional switch for programmed cell death in pith parenchyma of sorghum stems. (2018)
  • 著者名/発表者名: Fujimoto M, Sazuka T, Oda Y, Kawahigashi H, Wu J, Takanashi H, Ohnishi T, Yoneda JI, Ishimori M, Kajiya-Kanegae H, Hibara KI, Ishizuna F, Ebine K, Ueda T, Tokunaga T, Iwata H, Matsumoto T, Kasuga S, Yonemaru JI, Tsutsumi N
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 巻: 115 号: 37
  • DOI: 10.1073/pnas.1807501115
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ANTH domain-containing proteins are required for the pollen tube plasma membrane integrity via recycling ANXUR kinases (2018)
  • 著者名/発表者名: Muro Keita、Matsuura-Tokita Kumi、Tsukamoto Ryoko、Kanaoka Masahiro M.、Ebine Kazuo、Higashiyama Tetsuya、Nakano Akihiko、Ueda Takashi
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 1 号: 1 ページ: 152-152
  • DOI: 10.1038/s42003-018-0158-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] How Plants acquired new organelles -Lessons from Marchantia (2020)
  • 著者名/発表者名: Takashi Ueda
  • 学会等名: International Webinar Series: From Cellular dynamics to Morphology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Organelle functions and membrane trafficking in plant cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Takashi Ueda
  • 学会等名: EMBO practical course
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Adaptor proteins involved in clathrin-mediated endocytosis in plant cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Takashi Ueda
  • 学会等名: CoB workshop “Cellular gateways: expanding the role of endocytosis in plant development”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Roles and regulation of membrane traffic in spermatogenesis of Marchantia polymorpha (2018)
  • 著者名/発表者名: Takashi Ueda
  • 学会等名: EMBO workshop “New shores in land plant evolution”
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考]
  • URL: https://www.nibb.ac.jp/pressroom/news/2020/09/22.html
• [備考]
  • URL: https://www.nibb.ac.jp/en/pressroom/news/2020/12/01.html
• [備考]
  • URL: https://www.nibb.ac.jp/pressroom/news/2020/12/01.html