アブシジン酸誘導気孔閉口に関わる新奇カルシウムイオンチャネルの活性制御機構の解明

• 研究課題/領域番号: 18K05557
• 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38060:応用分子細胞生物学関連
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 宗正 晋太郎 岡山大学, 環境生命科学学域, 准教授 (20641442)
• 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); 2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2020年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2019年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
• キーワード: 気孔 / 孔辺細胞 / カルシウム / イオンチャネル / アブシジン酸 / 環境ストレス応答

研究成果の概要

乾燥ストレスに応答して生合成される植物ホルモンであるアブシジン酸は、気孔の閉口を誘導する。アブシジン酸が孔辺細胞内で誘導する気孔閉口シグナル伝達では、細胞質カルシウムイオンがセカンドメッセンジャーとして機能することが古くから知られているが、その分子機構の詳細は不明である。本研究では申請者が同定したアブシジン酸誘導気孔閉口にかかわる2種の新規カルシウムイオン輸送体候補因子の機能解析を行った。これらカルシウムイオン輸送体が、孔辺細胞細胞質のカルシウムイオン濃度上昇の調節と気孔開度の制御にかかわる機構の一部を明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

カルシウムイオンによる気孔開閉運動の調節機構の一端を明らかにした。また新しい植物イオンチャネル活性評価系を構築した。本研究で確立した実験系は、気孔の生理学のみならず、イオンチャネルがかかわる植物の様々な生理応答の研究分野の進展に貢献できる。

研究成果

• [国際共同研究] Bangladesh Agricultural University(バングラデシュ)
• [国際共同研究] University of California, San Diego(米国)
• [国際共同研究] University of Carthage(チュニジア)
• [国際共同研究] University of Tartu(エストニア)
• [国際共同研究] University of Munster(ドイツ)
• [国際共同研究]
• [国際共同研究] University of California, San Diego(米国)
• [国際共同研究] BSMRAU(バングラデシュ)
• [国際共同研究] University of Tartu(エストニア)
• [国際共同研究] University of Heidelberg(ドイツ)
• [国際共同研究] University of California San Diego(米国)
• [雑誌論文] Plant hormone regulation of abiotic stress responses (2022)
  • 著者名/発表者名: Rainer Waadt、Charles A. Seller、Po-Kai Hsu、Yohei Takahashi、Shintaro Munemasa、Julian I. Schroeder
  • 雑誌名: Nature Reviews Molecular Cell Biology 巻: - 号: 10 ページ: 680-694
  • DOI: 10.1038/s41580-022-00479-6
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Oxalic Acid Mitigates Cadmium Toxicity in Cicer arietinum L. Germinating Seeds by Maintaining the Cellular Redox Homeostasis (2021)
  • 著者名/発表者名: Sakouhi Lamia、Kharbech Oussama、Massoud Marouane Ben、Munemasa Shintaro、Murata Yoshiyuki、Chaoui Abdelilah
  • 雑誌名: Journal of Plant Growth Regulation 巻: 41 号: 2 ページ: 697-709
  • DOI: 10.1007/s00344-021-10334-1
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Modulation of frequency and height of cytosolic calcium spikes by plasma membrane anion channels in guard cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Tahjib-Ul-Arif Md、Munemasa Shintaro、Nakamura Toshiyuki、Nakamura Yoshimasa、Murata Yoshiyuki
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 巻: 85 号: 9 ページ: 2003-2010
  • DOI: 10.1093/bbb/zbab118
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Calcium and ethylene glycol tetraacetic acid mitigate toxicity and alteration of gene expression associated with cadmium stress in chickpea (Cicer arietinum L.) shoots (2021)
  • 著者名/発表者名: Sakouhi Lamia、Kharbech Oussama、Massoud Marouane Ben、Gharsallah Charfeddine、Hassine Sihem Ben、Munemasa Shintaro、Murata Yoshiyuki、Chaoui Abdelilah
  • 雑誌名: Protoplasma 巻: 258 号: 4 ページ: 849-861
  • DOI: 10.1007/s00709-020-01605-x
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A role for calcium‐dependent protein kinases in differential CO2‐ and ABA‐controlled stomatal closing and low CO2‐induced stomatal opening in Arabidopsis (2020)
  • 著者名/発表者名: Schulze Sebastian、Dubeaux Guillaume、Ceciliato Paulo H. O.、Munemasa Shintaro、Nuhkat Maris、Yarmolinsky Dmitry、Aguilar Jaimee、Diaz Renee、Azoulay‐Shemer Tamar、Steinhorst Leonie、Offenborn Jan Niklas、Kudla Jorg、Kollist Hannes、Schroeder Julian I.
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 229 号: 5 ページ: 2765-2779
  • DOI: 10.1111/nph.17079
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Interaction of intracellular hydrogen peroxide accumulation with nitric oxide production in abscisic acid signaling in guard cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Jannat Rayhanur、Senba Takanori、Muroyama Daichi、Uraji Misugi、Hossain Mohammad Anowar、Islam Mohammad Muzahidul、Nakamura Yoshimasa、Munemasa Shintaro、Mori Izumi C、Murata Yoshiyuki
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 巻: 84 号: 7 ページ: 1418-1426
  • DOI: 10.1080/09168451.2020.1743168
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The Myrosinases TGG1 and TGG2 Function Redundantly in Reactive Carbonyl Species Signaling in Arabidopsis Guard Cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Rhaman Mohammad Saidur、Nakamura Toshiyuki、Nakamura Yoshimasa、Munemasa Shintaro、Murata Yoshiyuki
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 61 号: 5 ページ: 967-977
  • DOI: 10.1093/pcp/pcaa024
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stomatal immunity against fungal invasion comprises not only chitin-induced stomatal closure but also chitosan-induced guard cell death (2020)
  • 著者名/発表者名: Ye Wenxiu、Munemasa Shintaro、Shinya Tomonori、Wu Wei、Ma Tao、Lu Jiang、Kinoshita Toshinori、Kaku Hanae、Shibuya Naoto、Murata Yoshiyuki
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 117 号: 34 ページ: 20932-20942
  • DOI: 10.1073/pnas.1922319117
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Stomatal response to isothiocyanates inArabidopsis thaliana (2020)
  • 著者名/発表者名: Afrin Sonya、Okuma Eiji、Tahjib-Ul-Arif Md、Jahan Md Sarwar、Nakamura Toshiyuki、Nakamura Yoshimasa、Munemasa Shintaro、Murata Yoshiyuki
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 巻: 71 号: 22 ページ: 6921-6931
  • DOI: 10.1093/jxb/eraa420
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] MAP3Kinase-dependent SnRK2-kinase activation is required for abscisic acid signal transduction and rapid osmotic stress response (2020)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Yohei、Zhang Jingbo、Hsu Po-Kai、Ceciliato Paulo H. O.、Zhang Li、Dubeaux Guillaume、Munemasa Shintaro、Ge Chennan、Zhao Yunde、Hauser Felix、Schroeder Julian I.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1 ページ: 12-12
  • DOI: 10.1038/s41467-019-13875-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ethylene Inhibits Methyl Jasmonate-Induced Stomatal Closure by Modulating Guard Cell Slow-Type Anion Channel Activity via the OPEN STOMATA 1/SnRK2.6 Kinase-Independent Pathway in Arabidopsis (2019)
  • 著者名/発表者名: Munemasa Shintaro、Hirao Yukari、Tanami Kasumi、Mimata Yoshiharu、Nakamura Yoshimasa、Murata Yoshiyuki
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 60 号: 10 ページ: 2263-2271
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz121
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reactive Carbonyl Species function as signal mediators downstream of H2O2 production and regulate [Ca2+]cyt elevation in ABA signal pathway in Arabidopsis guard cells. (2019)
  • 著者名/発表者名: Islam M, Ye W, Matsushima D, Mohammad Saidur Rhaman, Munemasa S, Okuma E, Nakamura Y, Biswas S, Mano J, Murata Y
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol 巻: 60 号: 5 ページ: 1146-1159
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz031
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Eukaryotic lipid metabolic pathway is essential for functional chloroplasts and CO2 and light responses in Arabidopsis guard cells. (2018)
  • 著者名/発表者名: Negi, J., Munemasa, S., Song, B., Tadakuma, R., Fujita, M., Azoulay-Shemer, T., Engineer, C. B., Kusumi, K., Nishida, I., Schroeder, J. I. and Iba, K.
  • 雑誌名: Proc Natl. Acad. Sci. USA 巻: 115 号: 36 ページ: 9038-9043
  • DOI: 10.1073/pnas.1810458115
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Abscisic acid-independent stomatal CO2 signal transduction pathway and convergence of CO2 and ABA signaling downstream of OST1 kinase (2018)
  • 著者名/発表者名: Hsu Po-Kai、Takahashi Yohei、Munemasa Shintaro、Merilo Ebe、Laanemets Kristiina、Waadt Rainer、Pater Dianne、Kollist Hannes、Schroeder Julian I.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 115 号: 42
  • DOI: 10.1073/pnas.1809204115
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Ion Channels Regulate Nyctinastic Leaf Opening in Samanea saman (2018)
  • 著者名/発表者名: Oikawa Takaya、Ishimaru Yasuhiro、Munemasa Shintaro、Takeuchi Yusuke、Washiyama Kento、Hamamoto Shin、Yoshikawa Nobuyuki、Mutara Yoshiyuki、Uozumi Nobuyuki、Ueda Minoru
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 28 号: 14 ページ: 2230-2238
  • DOI: 10.1016/j.cub.2018.05.042
  • 査読あり
• [雑誌論文] The mechanism of SO2-induced stomatal closure differs from O3 and CO2 responses and is mediated by nonapoptotic cell death in guard cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Ooi Lia、Matsuura Takakazu、Munemasa Shintaro、Murata Yoshiyuki、Katsuhara Maki、Hirayama Takashi、Mori Izumi C.
  • 雑誌名: Plant, Cell & Environment 巻: 42 号: 2 ページ: 437-447
  • DOI: 10.1111/pce.13406
  • NAID: 120006769766
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Guard Cell Salicylic Acid Signaling Is Integrated into Abscisic Acid Signaling via the Ca2+/CPK-Dependent Pathway (2018)
  • 著者名/発表者名: Prodhan Md. Yeasin、Munemasa Shintaro、Nahar Mst. Nur-E-Nazmun、Nakamura Yoshimasa、Murata Yoshiyuki
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 178 号: 1 ページ: 441-450
  • DOI: 10.1104/pp.18.00321
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 一次代謝物リンゴ酸が誘導する気孔閉口の分子機構の解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 三俣好令，宗正晋太郎，中村俊之，中村宜督，村田芳行
  • 学会等名: 日本植物生理学会第63回年会
  • 国際学会
• [学会発表] リンゴ酸誘導気孔閉口のシグナル伝達機構の解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 三俣好令，宗正晋太郎，中村俊之，中村宜督，村田芳行
  • 学会等名: 第62回日本生化学会中国・四国支部例会
• [学会発表] リンゴ酸が誘導する気孔閉口のシグナル伝達機構の解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 三俣好令，宗正晋太郎，中村俊之，中村宜督，村田芳行
  • 学会等名: 日本農芸化学会2021年度西日本・中四国・関西支部合同大会
• [学会発表] 一次代謝物リンゴ酸による気孔開閉制御の分子機構の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 三俣好令，宗正晋太郎，中村俊之，中村宜督，村田芳行
  • 学会等名: 植物化学調節学会第 56 回大会
• [学会発表] 気孔開度の調節にかかわる孔辺細胞カルシウムイオンチャネルの機能解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 宗正晋太郎，中村宜督，村田芳行
  • 学会等名: 日本農芸化学会中四国支部第54回講演会（例会）
• [学会発表] Patch clamp study of photo-activated ion currents in Arabidopsis (2018)
  • 著者名/発表者名: Munemasa Shintaro、Nakamura Yoshimasa、Murata Yoshiyuki
  • 学会等名: International symposium on phytosynthesis and chloroplast biogenesis 2018
  • 国際学会
• [学会発表] ジャスモン酸とエチレンのシグナルクロストークによる孔辺細胞原形質膜イオンチャネルの活性制御機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 宗正晋太郎、平尾友加里 、田浪かすみ 、中村宜督、村田芳行
  • 学会等名: 日本農芸化学会中四国支部第51会講演会
• [備考] ダーウィン以来の謎、就眠運動の仕組みを解明 生物時計発見のルーツとなった生物現象
  • URL: https://www.okayama-u.ac.jp/tp/release/release_id553.html