ペプチドシグナルを介した植物成長の分子機構

• 研究課題/領域番号: 18H05274
• 研究種目: 基盤研究(S)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 大区分G
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 松林 嘉克 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (00313974)
• 研究期間 (年度): 2018-06-11 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 192,530千円 (直接経費: 148,100千円、間接経費: 44,430千円); 2022年度: 39,910千円 (直接経費: 30,700千円、間接経費: 9,210千円); 2021年度: 39,910千円 (直接経費: 30,700千円、間接経費: 9,210千円); 2020年度: 39,910千円 (直接経費: 30,700千円、間接経費: 9,210千円); 2019年度: 39,910千円 (直接経費: 30,700千円、間接経費: 9,210千円); 2018年度: 32,890千円 (直接経費: 25,300千円、間接経費: 7,590千円)
• キーワード: ペプチドホルモン / 受容体キナーゼ / 窒素栄養 / シロイヌナズナ / ストレス応答 / 長距離移行シグナル / 受容体 / 形態形成 / 環境応答

研究成果の概要

特定の生命現象に着目して分子を探索するのではなく，分子に着目して現象やしくみに遡る新しいアプローチによって，①植物細胞のストレス応答と成長の切り替えをコントロールする新しいペプチドホルモンPSYとその受容体PSYRの発見、②葉の窒素需要を根に伝える篩管移行性ペプチドシグナルCEPDL2の発見，③CEPDL2の下流で硝酸トランスポーターNRT2.1を活性化するタンパク質脱リン酸化酵素CEPHの発見，④細菌のべん毛を構成する主要タンパク質であるフラジェリンから植物免疫を誘導するペプチドリガンドを切り出すプロテアーゼの発見，などの成果が得られた．

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究成果は，動物のように動き回ることはできない植物が，様々な環境変化に対してどのように適応しているかの一端を解き明かしたものである．ペプチドホルモンPSYの発見は，トレードオフの関係にあるストレス応答と成長能力のバランスの人為的制御につながるブレイクスルーであり，CEPDL2やCEPHの発見は，植物の窒素栄養吸収のしくみの理解を飛躍的に深めるものである．フラジェリンから植物免疫を誘導するペプチドリガンドを切り出すプロテアーゼの発見は，植物が病原細菌を認識するしくみを理解する上での重要な手掛かりとなる．いずれの知見も農作物の生産性向上に応用可能である．

評価記号

事後評価所見 (区分)

A: 研究領域の設定目的に照らして、期待どおりの成果があった

研究成果

• [雑誌論文] Arabidopsis SBT5.2 and SBT1.7 subtilases mediate C-terminal cleavage of flg22 epitope from bacterial flagellin (2024)
  • 著者名/発表者名: Matsui Sayaka、Noda Saki、Kuwata Keiko、Nomoto Mika、Tada Yasuomi、Shinohara Hidefumi、Matsubayashi Yoshikatsu
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 15 号: 1
  • DOI: 10.1038/s41467-024-48108-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Peptide ligand-mediated trade-off between plant growth and stress response (2022)
  • 著者名/発表者名: Mari Ogawa-Ohnishi, Tomohide Yamashita, Mitsuru Kakita, Takuya Nakayama, Yuri Ohkubo, Yoko Hayashi, Yasuko Yamashita, Taizo Nomura, Saki Noda, Hidefumi Shinohara, Yoshikatsu Matsubayashi
  • 雑誌名: Science 巻: 378 号: 6616 ページ: 175-180
  • DOI: 10.1126/science.abq5735
  • 査読あり
• [雑誌論文] A type 2C protein phosphatase activates high-affinity nitrate uptake by dephosphorylating NRT2.1 (2021)
  • 著者名/発表者名: Ohkubo Yuri、Kuwata Keiko、Matsubayashi Yoshikatsu
  • 雑誌名: Nature Plants 巻: 7 号: 3 ページ: 310-316
  • DOI: 10.1038/s41477-021-00870-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Shoot-to-root mobile CEPD-like 2 integrates shoot nitrogen status to systemically regulate nitrate uptake in Arabidopsis (2020)
  • 著者名/発表者名: Ota Ryosuke、Ohkubo Yuri、Yamashita Yasuko、Ogawa-Ohnishi Mari、Matsubayashi Yoshikatsu
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1 ページ: 641-641
  • DOI: 10.1038/s41467-020-14440-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Screening and identification of a non-peptide antagonist for the peptide hormone receptor in Arabidopsis. (2019)
  • 著者名/発表者名: Shinohara, H., Yasue, N., Onuki, T., Yoshida, M. Matsubayashi, Y.
  • 雑誌名: Commun. Biol. Commun Biol. 巻: 2 号: 1 ページ: 61-61
  • DOI: 10.1038/s42003-019-0307-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Lateral inhibition by a peptide hormone-receptor cascade during Arabidopsis lateral root founder cell formation. (2019)
  • 著者名/発表者名: Toyokura K, Goh T, Shinohara H, Shinoda A, Kondo Y, Okamoto Y, Uehara T, Fujimoto K, Okushima Y, Ikeyama Y, Nakajima K, Mimura T, Tasaka M, Matsubayashi Y and Fukaki H.
  • 雑誌名: Developmental Cell 巻: 48 号: 1 ページ: 64-75
  • DOI: 10.1016/j.devcel.2018.11.031
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Pectin RG-I rhamnosyltransferases represent a novel plant-specific glycosyltransferase family (2018)
  • 著者名/発表者名: Takenaka Yuto、Kato Kohei、Ogawa-Ohnishi Mari、Tsuruhama Kana、Kajiura Hiroyuki、Yagyu Kenta、Takeda Atsushi、Takeda Yoichi、Kunieda Tadashi、Hara-Nishimura Ikuko、Kuroha Takeshi、Nishitani Kazuhiko、Matsubayashi Yoshikatsu、Ishimizu Takeshi
  • 雑誌名: Nature Plants 巻: 4 号: 9 ページ: 669-676
  • DOI: 10.1038/s41477-018-0217-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] PLENTY, a hydroxyproline O-arabinosyltransferase, negatively regulates root nodule symbiosis in Lotus japonicus (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoro Emiko、Nishida Hanna、Ogawa-Ohnishi Mari、Yoshida Chie、Suzaki Takuya、Matsubayashi Yoshikatsu、Kawaguchi Masayoshi
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 巻: 70 号: 2 ページ: 507-517
  • DOI: 10.1093/jxb/ery364
  • NAID: 120007128131
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Exploring peptide hormones in plants: identification of four peptide hormone-receptor pairs and two post-translational modification enzymes (2018)
  • 著者名/発表者名: MATSUBAYASHI Yoshikatsu
  • 雑誌名: Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｊａｐａｎ Ａｃａｄｅｍｙ． Ｓｅｒ． Ｂ： Ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ 巻: 94 号: 2 ページ: 59-74
  • DOI: 10.2183/pjab.94.006
  • NAID: 130006339623
  • ISSN: 0386-2208, 1349-2896
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Peptide signal-mediated adaptation to spatially and temporally flucuating environments in plants (2023)
  • 著者名/発表者名: 松林 嘉克
  • 学会等名: The 33rd International Conference on Arabidopsis Research
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Plant adaptation to fluctuating nitrogen environments by long-range mobile peptide signals (2023)
  • 著者名/発表者名: 松林 嘉克
  • 学会等名: 11th Plant Peptides and Receptors Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Plant adaptation to fluctuating nitrogen environments by long-range mobile peptide signals (2023)
  • 著者名/発表者名: 松林 嘉克
  • 学会等名: Nitrogen2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Exploring peptide hormones in plants: Identification of five peptide hormone-receptor pairs and two post-translational modification enzymes (2023)
  • 著者名/発表者名: 松林 嘉克
  • 学会等名: The 24th International Conference on Plant Growth Substances
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 植物の窒素吸収を制御する長距離移行ペプチド群 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大久保祐里，松林嘉克
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会ワークショップ 『不均一環境変動に対する植物の情報統御機構』
  • 招待講演
• [学会発表] Receptor kinase signaling in plants: from peptide ligand identification to non-peptide antagonist development. (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsubayashi Y.
  • 学会等名: International Symposium on Plant Receptor Kinases and Cell Signaling 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Long-distance peptide signaling involved in systemic regulation of nitrogen acquisition. (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsubayashi Y.
  • 学会等名: The International Plant Growth Substances Association (IPGSA) Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Long distance peptide signaling mediating nitrogen homeostasis. (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsubayashi Y.
  • 学会等名: International Workshop on Plant Membrane Biology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Long distance peptide signaling mediating nitrogen homeostasis. (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsubayashi Y.
  • 学会等名: The 4th International Symposium on the Nitrogen Nutrition of Plants
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Long distance peptide signaling mediating nitrogen homeostasis. (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsubayashi Y
  • 学会等名: Frontiers in plant environmental response research
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Long distance peptide signaling mediating nitrogen homeostasis. (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsubayashi Y
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Asia conference on Plant Cell and Development Biology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Long-distance peptide signaling involved in systemic regulation of nitrogen acquisition (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsubayashi Yoshikatsu
  • 学会等名: Sainsbury Laboratory Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Long-distance peptide signaling involved in systemic regulation of nitrogen acquisition (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsubayashi Yoshikatsu
  • 学会等名: Frontiers in BioAgricultural Research
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Root-to-shoot and shoot-to-root long-distance mobile peptides mediate systemic regulation of nitrogen acquisition (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsubayashi Yoshikatsu
  • 学会等名: SEB's Annual Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Root-to-shoot and shoot-to-root long-distance mobile peptides mediate systemic regulation of nitrogen acquisition (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsubayashi Yoshikatsu
  • 学会等名: Keystone Symposia, Plant Signaling: Molecular Pathways and Network Integration
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] 窒素取り込みを制御する長距離移行ペプチド群 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大久保祐里，松林嘉克
  • 出版者: アグリバイオ/北隆館
• [図書] 植物の窒素栄養吸収制御の巧みなしくみ (2021)
  • 著者名/発表者名: 大久保祐里，松林嘉克
  • 出版者: 生化学/日本生化学会
• [図書] 生物の科学 遺伝 (2020)
  • 著者名/発表者名: 大久保 祐里，松林 嘉克
  • 総ページ数: 160
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
• [備考] 細胞間シグナル研究グループ
  • URL: https://www.bio.nagoya-u.ac.jp/~b2/
• [備考] 細胞間シグナル研究グループHP
  • URL: https://www.bio.nagoya-u.ac.jp/~b2/
• [備考] 名古屋大学大学院理学研究科生命理学専攻 細胞間シグナル研究グループ
  • URL: https://www.bio.nagoya-u.ac.jp/~b2/index.html
• [備考] 名古屋大学 大学院理学研究科 生命理学専攻 細胞間シグナル研究グループ（松林嘉克教授）ホームページ
  • URL: https://www.bio.nagoya-u.ac.jp/~b2/index.html
• [備考] 名古屋大学 大学院理学研究科 生命理学専攻 細胞間シグナル研究グループ（松林嘉克教授）ホームページ
  • URL: http://www.bio.nagoya-u.ac.jp/~b2/index.html