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基部陸上植物を用いてガス交換系の発生と応答を統合的に解明する

研究課題

研究課題/領域番号 20J01187
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分44030:植物分子および生理科学関連
研究機関名古屋大学

研究代表者

相原 未耶 (2021-2022)  名古屋大学, トランスフォーマティブ生命分子研究所, 特別研究員(PD)

水谷 未耶 (2020)  名古屋大学, トランスフォーマティブ生命分子研究所, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワード細胞間隙 / 細胞壁 / 環境適応 / ガス交換 / 器官発生 / 環境応答
研究開始時の研究の概要

植物のガス交換を理解するためには、間隙と孔を一つのユニットとする「ガス交換系」として解析することが必須である。孔については、これまで被子植物の気孔について発生と応答が各々研究されてきたが、より詳細な理解のためには発生と応答を包括的に解析する必要がある。本研究では、ゼニゴケの特徴であるハイスループットなスクリーンニング系を生かして、間隙形成の仕組みに加えて孔の発生と応答を統合的に理解することを目指す。さらに、シロイヌナズナと比較を行うことで、ゼニゴケ特異的な現象にとどまらず、陸上植物に共通する現象として理解できるだけでなく、長らく研究されてきた被子植物にとっても新たな知見が得られると期待される。

研究実績の概要

本研究では、苔類ゼニゴケを用いて、ガス交換系を構成する間隙と孔の発生の分子機構、孔の開閉制御の分子機構の解明を目的として研究をおこなってきた。最終年度では、既に順遺伝学的に得られていた間隙形成の変異体5種類について、次世代シーケンサーを用いた解析を行い、候補となる原因遺伝子の単離を試みた、これらの結果を踏まえて、過剰発現によって気室の形成を抑制する因子、すなわち気室形成を負に抑制する因子を同定し、この因子が転写因子である可能性が高いことから、ドメイン構造を含む機能の解析、維管束植物との共通性などを解析した。その結果この転写因子はメリステム近傍で働くことで気室の形成を抑制している可能性が高まった。
孔の応答解析においては、高感度サーモグラフィーと顕微レンズを組み合わせることによって、条件検討を行い、孔とその周辺の温度変化を検出することに成功した。また、この系と光合成活性の測定装置を用いて、間隙と孔のガス交換効率の測定を行った。また、シロイヌナズナにおいて孔の応答を制御する化合物をゼニゴケに処理し、既にシロイヌナズナで知られているタンパク質の修飾や応答が見られるかを観察し、ゼニゴケでの分子機構の理解や維管束植物との共通性は明らかになりつつある。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (5件)

すべて 2023 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] Image-Based Quantification of <i>Arabidopsis thaliana</i> Stomatal Aperture from Leaf Images2023

    • 著者名/発表者名
      Takagi Momoko、Hirata Rikako、Aihara Yusuke、Hayashi Yuki、Mizutani-Aihara Miya、Ando Eigo、Yoshimura-Kono Megumi、Tomiyama Masakazu、Kinoshita Toshinori、Mine Akira、Toda Yosuke
    • 雑誌名

      Plant and Cell Physiology

      巻: - 号: 11 ページ: 1301-1310

    • DOI

      10.1093/pcp/pcad018

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Type 2C protein phosphatase clade D family members dephosphorylate guard cell plasma membrane H+-ATPase2021

    • 著者名/発表者名
      Akiyama Mitsumasa、Sugimoto Hodaka、Inoue Shin-ichiro、Takahashi Yohei、Hayashi Maki、Hayashi Yuki、Mizutani Miya、Ogawa Takumi、Kinoshita Daichi、Ando Eigo、Park Meeyeon、Gray William M、Kinoshita Toshinori
    • 雑誌名

      Plant Physiology

      巻: 188 号: 4 ページ: 2228-2240

    • DOI

      10.1093/plphys/kiab571

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 植物科学の「人工知能」との関わり方を考える2020

    • 著者名/発表者名
      大倉 史生、水谷 未耶、野下 浩司、戸田 陽介
    • 雑誌名

      植物科学の最前線

      巻: 11 号: C ページ: 185-206

    • DOI

      10.24480/bsj-review.11c2.00191

    • ISSN
      2432-9819
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 陸上植物におけるガス交換系の発生と環境への適応2022

    • 著者名/発表者名
      ○水谷 未耶、内橋 貴之、Ganser Christian、林 優紀、大川 諒也、大西 (小川) 真理、松林 嘉克、西浜 竜一、木下 俊則、石崎 公庸、河内 孝之、東山 哲也、金岡 雅浩
    • 学会等名
      植物学会 2aSA04
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 植物の光合成を担う細胞間隙発生の分子機構と最適化構造2022

    • 著者名/発表者名
      〇水谷未耶
    • 学会等名
      2022年度日本建築学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2020-07-07   更新日: 2024-03-26  

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