新奇カルシウムイオンチャネルによる孔辺細胞の環境情報統合機構の解明

• 研究課題/領域番号: 18KK0425
• 研究種目: 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(A))
• 配分区分: 基金
• 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): 2019 – 2023
• 研究課題ステータス: 交付 (2022年度)
• 配分額: 15,600千円 (直接経費: 12,000千円、間接経費: 3,600千円)
• キーワード: 気孔 / 孔辺細胞 / カルシウム / イオンチャネル / 環境ストレス応答

研究実績の概要

葉の表皮に存在する気孔は、一対の孔辺細胞からなる小孔であり、開閉運動により光合成の材料である二酸化炭素の取り込みや蒸散による水分放出の調節を行う重要な場所である。本研究では、この気孔の開閉運動の制御にかかわるカルシウムイオンチャネル候補因子であるgcCNGCとGCMの機能解析を進めている。2022年度は共同研究先に渡航することができた。GCMについて様々な多重変異体を作成して気孔表現型解析を行った結果、これまで得ていた変異体ラインよりも強い表現型を示す多重遺伝子破壊変異体を単離することができた。また、この多重遺伝子破壊変異体では、暗所下での気孔閉鎖応答は野生株と同様に観察されたことから、多重遺伝子破壊変異体で観察された気孔表現型は、気孔の発達・形成異常によるものではなく、開閉制御にかかわる特定のシグナル伝達が破壊されたことが原因であることが示唆された。現在、昨年度に確立したHEK293細胞を用いたパッチクランプにより、この変異体の原因遺伝子によってコードされるイオン輸送体候補タンパク質の活性評価を進めているところである。液胞は、孔辺細胞細胞質カルシウムイオンの重要な供給元の一つとして考えられている。既知の液胞膜カルシウムイオン輸送体を破壊した変異体より単離した液胞を用いたパッチクランプ解析により、未知の輸送体が媒介するカルシウムイオン輸送活性が液胞膜に存在することが示唆された。そのため現在、gcCNGCやGCMファミリーの液胞膜局在について調査している。
本共同研究の国際ネットワークをきっかけにして、新たな共同研究を行う機会を得た。その成果はNature誌に掲載された。
気孔閉鎖に必須のアニオンチャネルであるSLAC1の活性化にかかわる新規カルシウムシグナル伝達機構を解明し、論文として発表した。

現在までの達成度 (区分)

4: 遅れている

理由

コロナのため、十分な海外滞在時間を確保することができなかった。そのため、延長申請をしているところである。

今後の研究の推進方策

メールやオンライン会議を利用した共同研究者とのディスカッションを今後も続けていく。無傷の葉を用いたイオンチャネル活性評価系の構築を進めていく。

研究成果

• [雑誌論文] Extracellular malate induces stomatal closure via direct activation of guard‐cell anion channel SLAC1and stimulation of Ca2+ signalling (2022)
  • 著者名/発表者名: Mimata Yoshiharu、Munemasa Shintaro、Nakamura Toshiyuki、Nakamura Yoshimasa、Murata Yoshiyuki
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 236 号: 3 ページ: 852-863
  • DOI: 10.1111/nph.18400
  • 査読あり
• [雑誌論文] Malate induces stomatal closure via a receptor-like kinase GHR1- and reactive oxygen species-dependent pathway in Arabidopsis thaliana (2022)
  • 著者名/発表者名: Mimata Yoshiharu、Munemasa Shintaro、Akter Fahmida、Jahan Israt、Nakamura Toshiyuki、Nakamura Yoshimasa、Murata Yoshiyuki
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 巻: 86 号: 10 ページ: 1362-1367
  • DOI: 10.1093/bbb/zbac122
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Negative regulation of salicylic acid-induced stomatal closure by glutathione in Arabidopsis thaliana (2022)
  • 著者名/発表者名: Akter Fahmida、Munemasa Shintaro、Nakamura Toshiyuki、Nakamura Yoshimasa、Murata Yoshiyuki
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 巻: 86 号: 10 ページ: 1378-1382
  • DOI: 10.1093/bbb/zbac116
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Phytocytokine signalling reopens stomata in plant immunity and water loss (2022)
  • 著者名/発表者名: Liu Zunyong、Hou Shuguo、Rodrigues Olivier、Wang Ping、Luo Dexian、Munemasa Shintaro、Lei Jiaxin、Liu Jun、Ortiz-Morea Fausto Andres、Wang Xin、Nomura Kinya、Yin Chuanchun、Wang Hongbo、Zhang Wei、Zhu-Salzman Keyan、He Sheng Yang、He Ping、Shan Libo
  • 雑誌名: Nature 巻: 605 号: 7909 ページ: 332-339
  • DOI: 10.1038/s41586-022-04684-3
  • 査読あり / 国際共著
• [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] 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] 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] 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
• [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
• [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）