鉄欠乏に応答した根－葉－根間の長距離シグナル伝達機構解明

• 研究課題/領域番号: 18K05373
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 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: 名古屋大学
• 研究代表者: 田畑 亮 名古屋大学, 生命農学研究科, 特任講師 (30712294)
• 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: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2019年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2018年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 植物 / シロイヌナズナ / 鉄欠乏応答 / 器官間シグナル伝達 / 環境ストレス応答 / 長距離シグナル / IMAペプチド / クマリン合成 / ペプチド / システインリッチペプチド / 植物栄養学 / 土壌環境ストレス / 無機栄養吸収

研究成果の概要

植物は、土壌中の根の一部が局所的な鉄欠乏におちいったとき、周りに十分な鉄が存在する根にその情報を伝え、鉄吸収を相補的に促進させることで、個体全体の鉄含量を一定に保つ巧みなシステムを持つ。しかしながら、その器官間コミュニケーションを制御する分子実態はこれまで明らかにされていなかった。本研究では、不均一な土壌環境を模倣したSplit-root培養法を用いた時系列トランスクリプトーム解析から、葉から根へ移動して鉄吸収を活性化する器官間移動性の候補分子としてIRON MAN（IMA/FEP）を同定した。接木実験から、IMAは葉で発現誘導されることで、根の鉄吸収を促進していることが明らかになった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

大地に根を張り自ら動くことのできない植物は、脳や神経を持たない代わりに、体中に張り巡らされた維管束を利用し、根と葉のコミュニケーションによって様々な環境ストレスに柔軟に適応している。しかし、その詳細なメカニズムは明らかになっていなかった。本研究では、植物はIMA鉄結合ペプチド分子を介した器官間シグナル伝達機構により、鉄欠乏ストレスに応答して鉄吸収量を調節して個体の恒常性を維持している事を明らかにすることができた。今後は、IMAペプチドの機能改変、その利用によって、鉄などミネラル豊富な植物栽培制御への技術開発が期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Systemic Regulation of Iron Acquisition by Arabidopsis in Environments with Heterogeneous Iron Distributions (2022)
  • 著者名/発表者名: Ryo Tabata, Takehiro Kamiya, Shunpei Imoto, Hana Tamura, Michika Tabata, Tasuku Hirayama, Hironaka Tsukagoshi, Keitaro Tanoi, Takamasa Suzuki, Takushi Hachiya, Hitoshi Sakakibara
  • 雑誌名: Plant Cell Physiology 巻: - 号: 6 ページ: 842-854
  • DOI: 10.1093/pcp/pcac049
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of microfluidic chip for entrapping tobacco BY-2 cells (2022)
  • 著者名/発表者名: Kazunori Shimizu, Yaichi Kawakatsu, Ken-ichi Kurotani, Masahiro Kikkawa, Ryo Tabata, Daisuke Kurihara, Hiroyuki Honda, Michitaka Notaguchi
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: - 号: 4 ページ: e0266982-e0266982
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0266982
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Regulation of ammonium acquisition and use in Oryza longistaminata ramets under nitrogen source heterogeneity (2022)
  • 著者名/発表者名: Misato Kawai, Ryo Tabata, Miwa Ohashi, Haruno Honda, Takehiro Kamiya, Mikiko Kojima, Yumiko Takebayashi, Shunsuke Oishi, Satoru Okamoto, Takushi Hachiya, Hitoshi Sakakibara
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 188 号: 4 ページ: 2364-2376
  • DOI: 10.1093/plphys/kiac025
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cell-cell adhesion in plant grafting is facilitated by β-1,4-glucanases (2020)
  • 著者名/発表者名: Notaguchi, M., Kurotani, K., Sato, Y., Tabata, R., Kawakatsu, Y., Okayasu, K., Sawai, Y., Okada, R., Asahina, M., Ichihashi, Y., Shirasu, K., Suzuki, T., Niwa, M., Higashiyama, T
  • 雑誌名: Science 巻: 369 号: 6504 ページ: 698-702
  • DOI: 10.1126/science.abc3710
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Micrografting device for testing systemic signaling in Arabidopsis (2020)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Tsutsui, Naoki Yanagisawa, Yaichi Kawakatsu, Shuka Ikematsu, Yu Sawai, Ryo Tabata, Hideyuki Arata, Tetsuya Higashiyama, Michitaka Notaguchi
  • 雑誌名: The Plant Journal 巻: 1 号: 2 ページ: 1-1
  • DOI: 10.1111/tpj.14768
  • 査読あり
• [雑誌論文] Callose Synthesis Suppresses Cell Death Induced by Low-Calcium Conditions in Leaves (2020)
  • 著者名/発表者名: Shikanai Yusuke、Yoshida Ryosuke、Hirano Tomoko、Enomoto Yusuke、Li Baohai、Asada Mayu、Yamagami Mutsumi、Yamaguchi Katsushi、Shigenobu Shuji、Tabata Ryo、Sawa Shinichiro、Okada Hiroki、Ohya Yoshikazu、Kamiya Takehiro、Fujiwara Toru
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 182 号: 4 ページ: 2199-2212
  • DOI: 10.1104/pp.19.00784
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Control of proliferation in the haploid meristem by CLE peptide signaling in Marchantia polymorpha. (2019)
  • 著者名/発表者名: Hirakawa Y, Uchida N, Yamaguchi YL, Tabata R, Ishida S, Ishizaki K, Nishihama R, Kohchi T, Sawa S, Bowman JL
  • 雑誌名: PLoS Genet. 巻: 7 号: 3 ページ: e1007997-e1007997
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1007997
  • NAID: 120006621164
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 接木後の組織修復におけるオートファジー誘導の発見 (2022)
  • 著者名/発表者名: 黒谷賢一, 田畑亮, 川勝弥一, 杉田亮平, 岡安浩次, 田野井慶太郎, 野田口理孝
  • 学会等名: 第63回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Xylem formation enhances scion growth of Nicotiana interfamily grafting (2022)
  • 著者名/発表者名: Chaokun Huang, Kenichi Kurotani, Ryo Tabata, Michitaka Notaguchi
  • 学会等名: 第63回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 植物の器官間シグナル伝達を介した鉄吸収制御 (2021)
  • 著者名/発表者名: 田畑亮
  • 学会等名: 第255回遺伝子機能解析部門セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] シロイヌナズナ器官間シグナリングを介した「鉄」吸収制御 (2021)
  • 著者名/発表者名: 田畑亮
  • 学会等名: 植物の栄養研究会
  • 招待講演
• [学会発表] シロイヌナズナにおける器官間シグナル伝達を介した鉄吸収制御 (2021)
  • 著者名/発表者名: 田畑亮, 井本駿平, 田村花, 神谷岳洋, 木羽隆敏, 榊原均
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2021年度北海道大会
• [学会発表] Regeneration of tracheary elements facilitate scion growth upon N. benthamiana interfamily grafting (2021)
  • 著者名/発表者名: Chaokun Huang, Michitaka Notaguchi, Kenichi Kurotani, Yaichi Kawakatsu, Ryo Tabata
  • 学会等名: 第85回 日本植物学会年会
• [学会発表] 生命金属「鉄」動態を制御する植物の器官間シグナル伝達機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 田畑亮
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 根と葉の間の長距離シグナルによる栄養吸収制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田畑亮
  • 学会等名: 第5回 植物の栄養研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 鉄欠乏に応答した長距離シグナル制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田畑 亮, 生田 久美子, 田村 花, 神谷 岳洋, 田野井 慶太朗, 松林 嘉克, 榊原 均
  • 学会等名: 第60回 日本植物生理学会年会
• [学会発表] Long-distance signaling in response to nitrogen and iron-starvation (2018)
  • 著者名/発表者名: 田畑亮
  • 学会等名: 19th International Symposium On Iron Nutrition and Interactions in Plants
  • 国際学会 / 招待講演
• [産業財産権] 接木接着酵素タンパク質剤 (2020)
  • 発明者名: 野田口理孝, 黒谷賢一, 田畑亮, 川勝弥一
  • 権利者名: 野田口理孝, 黒谷賢一, 田畑亮, 川勝弥一
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2020