気孔細胞に特徴的な脂質代謝フラックスの生理学的意義の解明

• 研究課題/領域番号: 18K06293
• 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44030:植物分子および生理科学関連
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 祢宜 淳太郎 九州大学, 理学研究院, 准教授 (70529099)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 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: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: 脂質代謝 / 気孔 / 小胞体経路 / プラスチド経路 / 葉緑体 / 脂質 / 葉緑体脂質 / 気孔葉緑体

研究成果の概要

植物の葉緑体を構成する膜脂質はプラスチド経路と小胞体経路の２つの経路を介して合成される。この２つの経路の比重は組織ごとに異なり、これまで我々は、孔辺細胞は葉肉細胞と比較して小胞体経路が発達しており、小胞体経路は気孔葉緑体形成に欠かせないことを発見した。一方、なぜ孔辺細胞で小胞体経路が発達しているのか、その生理学的意義は不明である。本研究では、小胞体経路で主に合成される葉緑体脂質の１つであるガラクトシルジアシルグリセロールが気孔葉緑体形成に必須であることを明らかにした。また根組織でも小胞体経路が発達しており、地上部切除による根細胞での葉緑体形成誘導には小胞体経路が欠かせないことを見出した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で得られた知見は、葉緑体脂質合成に対する2つの脂質合成経路の寄与度すなわち、葉緑体の脂質代謝バランスが植物組織間で異なることを示しており、組織ごとの脂質代謝バランスの違いが、葉緑体の構造的特徴に影響を及ぼす可能性が示された。植物が２つの脂質代謝経路を持つ意味を理解する上で重要な布石となった。

研究成果

• [国際共同研究] カリフォルニア大学サンディエゴ校(米国)
• [国際共同研究] カリフォルニア大学サンディエゴ校(米国)
• [国際共同研究] カリフォルニア大学サンディエゴ校(米国)
• [雑誌論文] Two independent cis‐acting elements are required for the guard cell‐specific expression of SCAP1, which is essential for late stomatal development (2022)
  • 著者名/発表者名: Moriwaki Kosuke、Yanagisawa Shuichi、Iba Koh、Negi Juntaro
  • 雑誌名: The Plant Journal 巻: - 号: 2 ページ: 440-451
  • DOI: 10.1111/tpj.15679
  • 査読あり
• [雑誌論文] 植物組織間で異なる葉緑体脂質代謝バランス (2022)
  • 著者名/発表者名: 小畑智暉、宋普錫、祢冝淳太郎
  • 雑誌名: 化学と生物 巻: 60 ページ: 630-632
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cuticle permeability is an important parameter for the trade-off strategy between drought tolerance and CO2 uptake in land plants (2021)
  • 著者名/発表者名: Monda Keina、Mabuchi Atsushi、Negi Juntaro、Iba Koh
  • 雑誌名: Plant Signaling & Behavior 巻: 16 号: 6 ページ: 1908692-1908692
  • DOI: 10.1080/15592324.2021.1908692
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Endoplasmic Reticulum Pathway for Membrane Lipid Synthesis Has a Significant Contribution toward Shoot Removal-Induced Root Chloroplast Development in Arabidopsis (2021)
  • 著者名/発表者名: Obata Tomoki、Kobayashi Koichi、Tadakuma Ryosuke、Akasaka Taiki、Iba Koh、Negi Juntaro
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: - 号: 3 ページ: 494-501
  • DOI: 10.1093/pcp/pcab009
  • 査読あり
• [雑誌論文] 気孔細胞に存在する葉緑体の成り立ちとその機能 (2021)
  • 著者名/発表者名: 祢冝淳太郎・小畑智暉・宋普錫
  • 雑誌名: 植物科学の最前線（BSJ-Review） 巻: 12
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Increased Cuticle Permeability Caused by a New Allele of ACETYL-COA CARBOXYLASE1 Enhances CO2 Uptake (2020)
  • 著者名/発表者名: Monda Keina、Mabuchi Atsushi、Takahashi Sho、Negi Juntaro、Tohmori Ryoma、Terashima Ichiro、Yamori Wataru、Iba Koh
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 184 号: 4 ページ: 1917-1926
  • DOI: 10.1104/pp.20.00978
  • 査読あり
• [雑誌論文] Involvement of S-type anion channels in disease resistance against an oomycete pathogen in Arabidopsis seedlings (2018)
  • 著者名/発表者名: Kurusu Takamitsu、Mitsuka Daiki、Yagi Chikako、Kitahata Nobutaka、Tsutsui Tomokazu、Ueda Takashi、Yamamoto Yoshiko、Negi Juntaro、Iba Koh、Betsuyaku Shigeyuki、Kuchitsu Kazuyuki
  • 雑誌名: Communicative & Integrative Biology 巻: 11 号: 3 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1080/19420889.2018.1495007
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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
• [学会発表] 気孔開口におけるホスファチジルエタノールアミン合成酵素の機能解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 袮冝 淳太郎、小畑 智暉、西村さくら、宋 普錫、山柿 将、深津 孝平、木下俊則、星野 奈摘、西田 生郎、射場 厚
  • 学会等名: 第64回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 気孔葉緑体特異的に形成不全を引き起こすシロイヌナズナ変異体achs4の原因遺伝子の同定 (2023)
  • 著者名/発表者名: 宋 普錫、山柿 将、小畑 智暉、西村 さくら、大隈 玲央奈、射場 厚、祢冝 淳太郎
  • 学会等名: 第64回日本植物生理学会年会
• [学会発表] シロイヌナズナ気孔葉緑体と葉肉葉緑体とのプロテオミクス比較解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 成松 丈, 宋 普錫, 西村 さくら, 山柿 将, 射場 厚, 祢冝 淳太郎
  • 学会等名: 九州沖縄植物学会第71回大会
• [学会発表] 表皮細胞における葉緑体機能の解明に向けた敷石細胞特異的プロモーターの探索 (2022)
  • 著者名/発表者名: 小畑 智暉、髙橋 宏和、中園 幹生、射場 厚、袮冝 淳太郎
  • 学会等名: 日本植物学会第86回大会
• [学会発表] プロテオーム解析によるシロイヌナズナ気孔葉緑体特異的タンパク質の探索 (2022)
  • 著者名/発表者名: 宋 普錫, 山柿 将, 西村 さくら, 成松 丈, 馬渕 敦士, 射場 厚, 祢冝 淳太郎
  • 学会等名: 日本植物学会第86回大会
• [学会発表] 気孔開口における膜脂質合成酵素PECT1の機能解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 袮冝 淳太郎、小畑 智暉、西村さくら、宋 普錫、山柿 将、深津 孝平、木下俊則、星野 奈摘、西田 生郎、射場 厚
  • 学会等名: 第34回植物脂質シンポジウム
• [学会発表] 新規気孔葉緑体形成不全シロイヌナズナ変異体achs4の 表現形解析及び原因遺伝子の同定 (2022)
  • 著者名/発表者名: 宋 普錫、山柿 将、小畑 智暉、西村 さくら、大隈 玲央奈、射場 厚、祢冝 淳太郎
  • 学会等名: 第34回植物脂質シンポジウム
• [学会発表] CO2高感受性を示すシロイヌナズナ野生系統の単離とその表現型解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 秀野 智紀, 中江 聡子, 東馬場 徳, 馬渕 敦士, 祢冝 淳太郎, 射場 厚, 門田 慧奈
  • 学会等名: 第63回日本植物生理学会年会
• [学会発表] アブシシン酸非依存的にCO2誘導性の気孔閉鎖能が低下した新規変異体の単離 (2022)
  • 著者名/発表者名: 中江 聡子,秀野 智紀,東馬場 徳, 馬渕 敦士, 祢冝 淳太郎, 射場 厚, 門田 慧奈
  • 学会等名: 第63回日本植物生理学会年会
• [学会発表] シロイヌナズナの気孔無傷葉緑体単離法の確立と気孔葉緑体特異的タンパク質の探索 (2022)
  • 著者名/発表者名: 宋 普錫, 山柿 将, 西村 さくら, 成松 丈, 射場 厚, 祢冝 淳太郎
  • 学会等名: 第63回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 葉緑体脂質DGDGは気孔葉緑体形成及び気孔開閉応答に必須である (2021)
  • 著者名/発表者名: 西村 さくら, 小畑 智暉, 多田隈 遼亮, 射場 厚, 袮冝 淳太郎
  • 学会等名: 第70回 九州沖縄植物学会
• [学会発表] Identification of two independent cis-acting elements required for the guard cell-specific expression of SCAP1, which is essential for late stomatal development (2021)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Moriwaki, Shuichi Yanagisawa, Koh Iba and Juntaro Negi
  • 学会等名: ICAR2021
  • 国際学会
• [学会発表] The ER pathway for membrane lipid synthesis has an important role in shoot removal-induced root chloroplast development in Arabidopsis (2021)
  • 著者名/発表者名: Obata Tomoki、Kobayashi Koichi、Tadakuma Ryosuke、Akasaka Taiki、Iba Koh、Negi Juntaro
  • 学会等名: ICAR2021
  • 国際学会
• [学会発表] シロイヌナズナの気孔葉緑体および気孔開閉応答には葉緑体脂質DGDGが重要である (2021)
  • 著者名/発表者名: 西村 さくら, 小畑 智暉, 多田隈 遼亮, 射場 厚, 袮冝 淳太郎
  • 学会等名: 日本植物学会第85回大会
• [学会発表] 気孔機能化因子SCAP1の気孔特異的な発現に必要な2つの独立した新規シスエレメントの同定 (2021)
  • 著者名/発表者名: 森脇 宏介, 柳澤 修一, 射場 厚, 祢冝 淳太郎
  • 学会等名: 日本植物学会第85回大会
• [学会発表] 地上部切除により誘導される根細胞での葉緑体の発達には小胞体からの脂質供給が欠かせない (2021)
  • 著者名/発表者名: 小畑 智暉、小林 康一、多田隈 遼亮、赤坂 泰輝、射場 厚、袮冝 淳太郎
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 気孔の成熟化を担うDof転写因子SCAP1の気孔特異的な発現に必要な2つの新規シスエレメント (2021)
  • 著者名/発表者名: 森脇 宏介, 柳澤 修一, 射場 厚, 祢冝 淳太郎
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 植物の気孔細胞が持つ特徴的な脂質代謝バランス (2020)
  • 著者名/発表者名: 祢冝 淳太郎
  • 学会等名: 脂質生化学会
  • 招待講演
• [学会発表] Dominant role of ER lipid pathway for shoot-removal induced root chloroplast development in Arabidopsis (2020)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Obata, Ryosuke Tadakuma, Taiki Akasaka, Koichi Kobayashi, Koh Iba and Juntaro Negi
  • 学会等名: ASPB2020
  • 国際学会
• [学会発表] 気孔細胞に存在する葉緑体の成り立ちとその機能 (2020)
  • 著者名/発表者名: 祢冝 淳太郎
  • 学会等名: 日本植物学会第84回大会
• [学会発表] 極限低窒素適応形質の接木によるシロイヌナズナエコタイプ間移動 (2020)
  • 著者名/発表者名: 馬渕 敦士，門田 慧奈，野田 口 理孝，筒井 大貴，櫻庭 康 仁，祢冝 淳太郎，阿部 光知，田口 理孝，土 春菜，竹田 篤, 柳澤 修一，射場 厚
  • 学会等名: 日本植物学会第84回大会
• [学会発表] 孔辺細胞に存在する謎多き葉緑体の成り立ち (2020)
  • 著者名/発表者名: 祢冝 淳太郎
  • 学会等名: 第61回 日本植物生理学会 (シンポジウム)
• [学会発表] 気孔の環境応答及び形成メカニズムの研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 祢冝 淳太郎
  • 学会等名: 第61回 日本植物生理学会 (受賞講演)
  • 招待講演
• [学会発表] 根細胞での葉緑体形成において小胞体型優位な脂質代謝バランスが重要である (2020)
  • 著者名/発表者名: 小畑 智暉, 多田隈 遼亮, 赤坂 泰輝, 小林 康一, 射場 厚, 袮冝 淳太郎
  • 学会等名: 第61回 日本植物生理学会
• [学会発表] Guard cell chloroplasts develop a unique lipid metabolism essential for CO2 and light responses (2019)
  • 著者名/発表者名: Juntaro Negi, Boseok Song, Sho Yamagaki, Koh Iba
  • 学会等名: KEYSTONE SYMPOSIA (Climate Change-Linked Stress Tolerance in Plants)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 地上部切除による根細胞での葉緑体形成誘導において小胞体からの脂質供給は必須である (2019)
  • 著者名/発表者名: 小畑 智暉, 多田隈 遼亮, 小林 康一, 射場 厚, 袮冝 淳太郎
  • 学会等名: 九州沖縄植物学会(三学会合同長崎大会)
• [学会発表] シロイヌナズナの気孔葉緑体形成不全変異体の単離と表現型解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山柿 将, 宋 普錫, 射場 厚, 袮冝 淳太郎
  • 学会等名: 九州沖縄植物学会(三学会合同長崎大会)
• [学会発表] 地上部切除による根細胞での葉緑体形成誘導において小胞体経路で生成される脂質は 必須である (2019)
  • 著者名/発表者名: 小畑 智暉, 多田隈 遼亮, 小林 康一, 射場 厚, 袮冝 淳太郎
  • 学会等名: 日本植物学会 第83回大会
• [学会発表] 根細胞では小胞体を介した脂質合成経路が発達しており葉緑体形成に必須である (2019)
  • 著者名/発表者名: 小畑 智暉, 多田隈 遼亮, 小林 康一, 射場 厚, 袮冝 淳太郎
  • 学会等名: 第32回 植物脂質シンポジウム
• [学会発表] 孔辺細胞葉緑体の特異な機能と脂質代謝バランス (2019)
  • 著者名/発表者名: 祢冝 淳太郎
  • 学会等名: 第21回植物オルガネラワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] 蛍光顕微鏡を用いて単離した気孔葉緑体形成不全シロイヌナズナ変異体の表現型解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 宋 普錫, 山柿 将, 射場 厚, 袮冝 淳太郎
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 葉緑体包膜脂質輸送体を欠損したシロイヌナズナ変異体gles1を用いた根細胞における葉緑体形成誘導の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小畑 智暉、多田隈 遼亮、小林 康一、射場 厚、袮冝 淳太郎
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Eukaryotic lipid metabolic pathway is essential for functional chloroplasts and CO2 and light responses in stomatal guard cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Juntaro Negi, Shintaro Munemasa, Boseok Song, Ryosuke Tadakuma, Mayumi Fujita, Tamar Azoulay-Shemer, Cawas B. Engineer, Kensuke Kusumi, Ikuo Nishida, Julian I. Schroeder and Koh Iba
  • 学会等名: International Conference on Arabidopsis Research (ICAR 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Isolation and characterization of the guard-cell-specific achlorophyllous mutants in Arabidopsis (2018)
  • 著者名/発表者名: Boseok Song, Sho Yamagaki, Koh Iba, Juntaro Negi
  • 学会等名: International Conference on Arabidopsis Research (ICAR 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Stomatal Guard Cells Exhibit a Unique Lipid Metabolism Essential for Functional Chloroplasts to Sense CO2 and Light Signals (2018)
  • 著者名/発表者名: Juntaro Negi, Shintaro Munemasa, Boseok Song, Ryosuke Tadakuma, Mayumi Fujita, Tamar Azoulay-Shemer, Cawas B. Engineer, Kensuke Kusumi, Ikuo Nishida, Julian I. Schroeder and Koh Iba
  • 学会等名: International Symposium on Plant Lipids (ISPL 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Enhancement of the “Prokaryotic” Lipid Metabolic Pathway rescues the Achlorophyllous Stomata Phenotype of Arabidopsis gles1 Mutants (2018)
  • 著者名/発表者名: Ryosuke Tadakuma, Ikuo Nishida, Koh Iba and Juntaro Negi
  • 学会等名: International Symposium on Plant Lipids (ISPL 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] 真核型の脂質代謝経路は気孔の葉緑体形成 および気孔開閉応答に必須である (2018)
  • 著者名/発表者名: 祢冝 淳太郎, 宗正 晋太郎, 宋 普錫, 多田隈 遼亮, 楠見 健介, 西田 生郎, Julian Schroeder, 射場 厚
  • 学会等名: 植物脂質シンポジウム
• [学会発表] 蛍光顕微鏡を用いた気孔葉緑体形成不全変異体の単離 (2018)
  • 著者名/発表者名: 宋 普錫，山柿 将，射場 厚，袮冝 淳太郎
  • 学会等名: 日本植物学会第82回大会
• [備考]
  • URL: http://www.biology.kyushu-u.ac.jp/~plant/index.html
• [備考]
  • URL: http://www.biology.kyushu-u.ac.jp/~plant/
• [備考]
  • URL: http://www.biology.kyushu-u.ac.jp/~plant/
• [備考]
  • URL: http://www.biology.kyushu-u.ac.jp/~plant/