移動性ペプチドによる葉の維管束組織を介した乾燥ストレス感知の分子制御の解明

• 研究課題/領域番号: 19H03255
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 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: 東京理科大学 (2021); 国立研究開発法人理化学研究所 (2019-2020)
• 研究代表者: 高橋 史憲 東京理科大学, 先進工学部生命システム工学科, 准教授 (00462698)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 16,900千円 (直接経費: 13,000千円、間接経費: 3,900千円); 2021年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2020年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2019年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
• キーワード: ペプチド / 植物ホルモン / 環境応答

研究開始時の研究の概要

ABAは乾燥ストレスなどの防御応答の司令塔として必須であり、農業的にも重要なホルモンと言える。したがって、根での乾燥ストレスの感知から、離れた器官である葉でのABA合成を促進する初期シグナルを解析することは、環境ストレス耐性のメカニズムを理解するのにとても重要である。本研究では、根から水分ストレスシグナルを伝達するペプチドが葉の維管束組織で受容された後の分子制御に着目し、ペプチド－受容体の下流でリン酸化シグナル伝達に関わるリン酸化タンパク質、およびその標的転写因子群によるNCED3遺伝子の発現を制御する分子制御メカニズムを詳細に解析する。

研究成果の概要

本研究では、乾燥ストレス情報を根から葉に伝えるペプチド－受容体の下流で機能する分子メカニズムの解明を行った。その結果、受容体の下流では、乾燥ストレス依存的に複数の代表的なリン酸化タンパク質が活性化していることを明らかにした。さらに下流で機能する候補転写因子の同定も行った。これらの成果から、ペプチド受容体の下流でタンパク質リン酸化酵素および転写因子を介したリン酸化シグナル伝達経路が重要な役割を担っていることを示す成果となった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

植物にとって乾燥ストレスを感受した後、乾燥耐性付与に関わるアブシジン酸（ABA）の合成を促すシグナル伝達は重要である。本研究では、乾燥ストレス応答において、根から葉に移動するペプチドが葉の維管束で受容され、ABA合成酵素遺伝子の発現を誘導するにいたるまでのリン酸化シグナル伝達を制御する分子メカニズムを解析した。これら基礎的研究知見を活用することで、ストレス耐性農作物の開発などの応用利用にも貢献できる研究成果となった。

研究成果

• [雑誌論文] Peptide Signaling in Plants. (2022)
  • 著者名/発表者名: Wu Q, Schmidt W, Aalen RB, Xu C, Takahashi F.
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 13 ページ: 843918-843918
  • DOI: 10.3389/fpls.2022.843918
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Arabidopsis TBP-ASSOCIATED FACTOR 12 ortholog NOBIRO6 controls root elongation with unfolded protein response cofactor activity (2022)
  • 著者名/発表者名: Kim June-Sik、Sakamoto Yuki、Takahashi Fuminori、Shibata Michitaro、Urano Kaoru、Matsunaga Sachihiro、Yamaguchi-Shinozaki Kazuko、Shinozaki Kazuo
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 119 号: 6
  • DOI: 10.1073/pnas.2120219119
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Inter-tissue and inter-organ signaling in drought stress response and phenotyping of drought tolerance. (2022)
  • 著者名/発表者名: Kuromori T, Fujita M, Takahashi F, Yamaguchi-Shinozaki K, Shinozaki K.
  • 雑誌名: Plant Journal 巻: 109 号: 2 ページ: 342-358
  • DOI: 10.1111/tpj.15619
  • 査読あり
• [雑誌論文] Arabidopsis group C Raf-like protein kinases negatively regulate abscisic acid signaling and are direct substrates of SnRK2 (2021)
  • 著者名/発表者名: Kamiyama Yoshiaki、Hirotani Misaki、Ishikawa Shinnosuke、Minegishi Fuko、Katagiri Sotaro、Rogan Conner J.、Takahashi Fuminori、Nomoto Mika、Ishikawa Kazuya、Kodama Yutaka、Tada Yasuomi、Takezawa Daisuke、Anderson Jeffrey C.、Peck Scott C.、Shinozaki Kazuo、Umezawa Taishi
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 118 号: 30
  • DOI: 10.1073/pnas.2100073118
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Arabidopsis SMN2/HEN2, Encoding DEAD-Box RNA Helicase, Governs Proper Expression of the Resistance Gene SMN1/RPS6 and Is Involved in Dwarf, Autoimmune Phenotypes of mekk1 and mpk4 Mutants (2020)
  • 著者名/発表者名: Takagi Momoko、Iwamoto Naoki、Kubo Yuta、Morimoto Takayuki、Takagi Hiroki、Takahashi Fuminori、Nishiuchi Takumi、Tanaka Keisuke、Taji Teruaki、Kaminaka Hironori、Shinozaki Kazuo、Akimitsu Kazuya、Terauchi Ryohei、Shirasu Ken、Ichimura Kazuya
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 61 号: 8 ページ: 1507-1516
  • DOI: 10.1093/pcp/pcaa071
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Drought Stress Responses and Resistance in Plants: From Cellular Responses to Long-Distance Intercellular Communication (2020)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Fuminori、Kuromori Takashi、Urano Kaoru、Yamaguchi-Shinozaki Kazuko、Shinozaki Kazuo
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 11 ページ: 000-000
  • DOI: 10.3389/fpls.2020.556972
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Large-Scale Phosphoproteomic Study of Arabidopsis Membrane Proteins Reveals Early Signaling Events in Response to Cold (2020)
  • 著者名/発表者名: Kamal Md Mostafa、Ishikawa Shinnosuke、Takahashi Fuminori、Suzuki Ko、Kamo Masaharu、Umezawa Taishi、Shinozaki Kazuo、Kawamura Yukio、Uemura Matsuo
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 21 号: 22 ページ: 8631-8631
  • DOI: 10.3390/ijms21228631
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Plant Raf-like kinases regulate the mRNA population upstream of ABA-unresponsive SnRK2 kinases under drought stress (2020)
  • 著者名/発表者名: Soma Fumiyuki, Takahashi Fuminori, Suzuki Takamasa, Shinozaki Kazuo, Yamaguchi-Shinozaki Kazuko
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1038/s41467-020-15239-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Comparative Phosphoproteomic Analysis Reveals a Decay of ABA Signaling in Barley Embryos during After-Ripening (2019)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa Shinnosuke、Barrero Jose M、Takahashi Fuminori、Nakagami Hirofumi、Peck Scott C、Gubler Frank、Shinozaki Kazuo、Umezawa Taishi
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 60 号: 12 ページ: 2758-2768
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz163
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] シロイヌナズナPUB25及びPUB26はMEKK1-MKK1/MKK2-MPK4経路と病害抵抗性を正に制御する (2022)
  • 著者名/発表者名: 永井鈴奈，久保佑太，樋尾隼平，小林孝博，溝口剛，高橋史憲，篠崎一雄，白須賢，市村和也
  • 学会等名: 第63回日本植物生理学会年会
  • 国際学会
• [学会発表] モンゴル草原植物Chloris virgataの迅速成長性に関するRNA-Seq解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 河端晋太郎，Bolortuya Byambajav，山上あゆみ，Davaapurev Bekh-Ochir，高橋史憲，井上小槙，金谷麻加，持田恵一，熊沢穣，伊福健太郎，篠崎一雄，浅見忠男，Batkhuu Javzan，中野雄司
  • 学会等名: 第63回日本植物生理学会年会
  • 国際学会
• [学会発表] シロイヌナズナにジャスモン酸・サリチル酸双方の蓄積を誘導する新規化合物の作用機構の解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 松本史織，並木健太郎，遠矢龍平，菊地宏樹，前田健太郎，西田えり佳，北畑信隆，斉藤優歩，中野正貴，舟橋汰樹，中澤裕，橋本研志，倉持幸司，安部洋，高橋史憲，浅見忠男，木村成介，朽津和幸
  • 学会等名: 第63回日本植物生理学会年会
  • 国際学会
• [学会発表] ストレス応答性転写因子DREB2Aの条件的な相互作用因子の探索と解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 船守晴帆，高橋史憲，城所聡，亀井葉子，篠崎一雄，篠崎和子，溝井順哉
  • 学会等名: 第63回日本植物生理学会年会
  • 国際学会
• [学会発表] Ethanol treatment enhances drought stress tolerance in plants (2022)
  • 著者名/発表者名: K. Bashir, S. Rasheed, D. Todaka, A. Matsui, Z. Ahmad, Y. Utsumi, V.A. Thu, S. Takahashi, M. Tanaka, J. Ishida, Y. Tsuboi, S. Watanabe, E. Ando, M. Seito, H. Motegi, S. Kikuchi, M. Kobayashi, M. Fujita, F. Takahashi, M. Kusano, Y. Habu, K. Kawaura, J. Kikuchi, M. Hirai, M. Seo, K. Shinozaki, T. Kinoshita, M. Seki.
  • 学会等名: 第63回日本植物生理学会年会
  • 国際学会
• [学会発表] シロイヌナズナのABA応答におけるグループC Raf型タンパク質リン酸化酵素Raf36の機能解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 神山佳明，廣谷美咲，石川慎之祐，峯岸芙有子，片桐壮太郎，Conner Rogan，高橋史憲，野元美佳，石川一也，児玉豊，多田安臣，竹澤大輔，Jeffrey Anderson，Scott Peck，篠崎一雄，梅澤泰史
  • 学会等名: 日本植物学会第85回大会
  • 国際学会
• [学会発表] ペプチドの長距離シグナルによる植物の乾燥ストレス応答 (2021)
  • 著者名/発表者名: 高橋史憲
  • 学会等名: 第36回資源植物科学シンポジウム及び第12回植物ストレス科学研究シンポジウム
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ジャスモン酸の蓄積を亢進する新規植物免疫活性化候補化合物の効果の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 西田えり佳，舟橋汰樹，斉藤優歩，中野正貴，北畑信隆，中澤裕，並木健太郎，中島麻希，倉持幸司， 安部洋，高橋史憲，橋本研志，朽津和幸
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
  • 国際学会
• [学会発表] 乾燥ストレス応答を制御する長距離シグナル伝達の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 高橋史憲，鈴木健裕，堂前直，篠崎一雄
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
  • 国際学会
• [学会発表] RAF-SnRK2 キナーゼカスケードを介した乾燥ストレス応答機構の解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 相馬史幸，高橋史憲，鈴木孝征，篠崎一雄，篠崎和子
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
  • 国際学会
• [学会発表] アブシジン酸合成を制御する長距離シグナル伝達の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 高橋史憲，鈴木健裕，堂前直，篠崎一雄
  • 学会等名: 日本植物学会第84回大会
  • 国際学会
• [学会発表] シロイヌナズナのABA応答を負に制御するグループC Raf型タンパク質リン酸化酵素の機能解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 神山佳明，廣谷美咲，石川慎之祐，峰岸芙有子，片桐壮太郞，Conner J. Rogan，高橋史憲，野本美佳，石川一也，児玉豊，多田安臣，竹澤大輔，Jeffrey C. Anderson，Scott C. Peck，篠崎一雄，梅澤泰史
  • 学会等名: 日本植物学会第84回大会
  • 国際学会
• [学会発表] Stress-mediated secreted protein modulates distant organ communications under dehydration stress (2020)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Fuminori, Suzuki Takehiro, Dohmae Naoshi, Shinozaki Kazuo
  • 学会等名: The 60th Annual Meeting of the Japanese Society of Plant Physiologists（Suita, Japan））
  • 国際学会
• [学会発表] 後熟期におけるオオムギ種子胚の比較リン酸化プロテオーム解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 石川慎之祐, Jose Barrero, 高橋史憲, 中神弘史, Scott Peck C, Frank Gubler, 篠崎一雄, 梅澤泰史
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会（吹田, 日本）
  • 国際学会
• [学会発表] 乾燥ストレス条件下においてサブクラス I SnRK2 の活性化を担うタンパク質キナーゼの同定 (2020)
  • 著者名/発表者名: 相馬史幸, 高橋史憲, 鈴木孝征, 篠崎一雄, 篠崎和子
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会（吹田, 日本）
  • 国際学会
• [学会発表] 小胞体ストレス応答の欠如による根の伸長阻害を回復するサプレッサー変異の機能解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 金俊植, 坂本勇貴, 高橋史憲, 小嶋美紀子, 浦野薫, 榊原均, 松永幸大, 篠崎和子, 篠崎一雄
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会（吹田, 日本）
  • 国際学会
• [学会発表] 乾燥に強くなるペプチドの発見と接ぎ木による機能解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Fuminori
  • 学会等名: 理研バイオリソースセンターシンポジウム（筑波, 日本）
  • 招待講演
• [学会発表] A secreted mobile peptide mediates distant organ communications in drought stress response (2019)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Fuminori
  • 学会等名: The all RIKEN workshop（和光, 日本）
  • 招待講演
• [図書] アグリバイオ (2021)
  • 著者名/発表者名: 高橋 史憲, 篠崎 一雄
  • 総ページ数: 104
  • 出版者: 北隆館
• [図書] バイオサイエンスとインダストリー (2020)
  • 著者名/発表者名: 高橋史憲
  • 総ページ数: 2
  • 出版者: 一般財団法人バイオインダストリー協会