オルガネラ獲得に伴う膜交通経路の再配向機構

• 研究課題/領域番号: 18K14738
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 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: 金澤 建彦 基礎生物学研究所, 細胞動態研究部門, 助教 (60802783)
• 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: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2019年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2018年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: 油体 / 細胞板 / オルガネラ / 細胞骨格 / 膜交通 / 分泌経路 / ゼニゴケ / 転写因子

研究成果の概要

膜交通は単膜系オルガネラへ正確に物質を輸送・局在化させる仕組みである。真核生物のいくつかの系統では独自に獲得された単膜系オルガネラが報告されているが、その過程で新規膜交通経路がどのように開拓されたのかは、不明である。
陸上植物の分裂細胞の細胞板や、苔類の油体をモデルとし、コケ植物ゼニゴケを研究材料とし、植物の単膜系オルガネラ獲得の分子機構の解析を行った。
細胞板や油体形成時に、細胞外への輸送経路である分泌経路が一時的に細胞内方向に方向転換すること、その過程で細胞骨格の再編成が行われるが明らかになった。また、油体発生のマスター転写因子MpERF13を単離、その下流遺伝子を網羅的に同定した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

単膜系オルガネラの進化と多様化は、膜交通の鍵因子の遺伝子重複による数の増加とその後の機能分化が新しいオルガネラの獲得に繋がるというオルガネラパラロジー仮説が提唱されているが、この仮説を支持する実験的な証拠はほとんど示されていない。
全く機能の異なる細胞板と油体が、共通の膜交通経路の転用により形成されるという発見は、上述の仮説を強く支持しており、単膜系オルガネラの獲得原理の理解に向けた基礎生物学的な重要な知見が得られた。
また、苔類の油体は、生理活性の高い様々な化合物を蓄積しており、本研究で明らかになった油体形成の仕組みを活用することで、有用化合物の効率的な産生への貢献も期待される。

研究成果

• [国際共同研究] Monash University(オーストラリア)
• [国際共同研究] Max Planck Institute/Heidelberg 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] Universidad Nacional del Litoral(アルゼンチン)
• [国際共同研究] Monash University(オーストラリア)
• [国際共同研究] Max Planck Institute(ドイツ)
• [国際共同研究] Monash University(オーストラリア)
• [国際共同研究] Gregor Mendel Institute(オーストリア)
• [国際共同研究] Max Planck Institute(ドイツ)
• [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] 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] 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] 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] 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] 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
• [学会発表] 苔類ゼニゴケの油体発生に伴う分泌経路の方向転換制御機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 金澤建彦, 上田貴志
  • 学会等名: 第62回 日本植物生理学会年会
• [学会発表] 植物の新規オルガネラ獲得に伴う膜交通経路の制御機構 (2020)
  • 著者名/発表者名: 金澤建彦, 上田貴志
  • 学会等名: 日本植物学会第84回大会
• [学会発表] ゼニゴケの油体形成および輸送に関わる因子の探索 (2020)
  • 著者名/発表者名: 金澤建彦, 上田貴志
  • 学会等名: 第61回 日本植物生理学会年会
• [学会発表] ゼニゴケの油体形成および輸送に関わる因子の探索 (2020)
  • 著者名/発表者名: 金澤建彦, 上田貴志
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 新規獲得オルガネラへの膜交通経路の開拓と制御機構 (2019)
  • 著者名/発表者名: 金澤建彦, 上田貴志
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
• [学会発表] 光らない蛍光タンパク質 から学んだ教訓 (2019)
  • 著者名/発表者名: 金澤建彦
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会・関連集会
• [学会発表] Biogenesis and Morphogenesis of Oil Body (2019)
  • 著者名/発表者名: Takehiko Kanazawa, Takashi Ueda
  • 学会等名: Marchantia Workchop 2019
  • 国際学会
• [学会発表] 膜交通から探るゼニゴケ油体形成機構 (2019)
  • 著者名/発表者名: 金澤建彦、上田貴志
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Regulatory Mechanisms of Biogenesis of the Oil Body in Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Takehiko Kanazawa, Takashi Ueda
  • 学会等名: Japan-Taiwan Plant Biology 2019
  • 国際学会
• [学会発表] A common strategy for organelle acquisition during plant evolution (2018)
  • 著者名/発表者名: Takehiko Kanazawa, Takashi Ueda
  • 学会等名: EMBO Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] A shared framework of organelle acquisition during land plant evolution (2018)
  • 著者名/発表者名: Takehiko Kanazawa, Takashi Ueda
  • 学会等名: 21st ENPER meeting
  • 国際学会
• [備考] ゼニゴケの油体は分泌経路の方向転換によりつくられる
  • URL: https://www.nibb.ac.jp/pressroom/news/2020/12/01.html