ユビキチンシグナルによる膜交通制御を介した植物の病原体抵抗性強化機構

• 研究課題/領域番号: 20K05949
• 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38060:応用分子細胞生物学関連
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 佐藤 長緒 北海道大学, 理学研究院, 准教授 (50609724)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 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: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: 環境応答 / ユビキチンリガーゼ / ユビキチンシグナル / 膜交通 / 環境ストレス / 細胞生物学

研究開始時の研究の概要

本研究では，植物の病原体ストレス抵抗性に着目し，その優れた環境適応能力を支える細胞内膜交通系の分子実態と制御機構について明らかにする。膜交通系は，細胞膜上の環境シグナル受容体・伝達因子や輸送体の機能制御に重要な役割を果たす。病原体抵抗性においては，細胞壁の強化が重要であり，膜交通系はその一翼を担っている。本研究では特に，膜局在型ユビキチンリガーゼATL31によるSNAREタンパク質の機能制御に注目，ユビキチンシグナルの果たす役割について，新たな視点で解析を実施する。

研究成果の概要

本研究では，植物の病原体ストレス抵抗性に着目し，その優れた環境適応能力を支える細胞内膜交通系の分子実態と制御機構について明らかにすることを目的とした。特に，膜局在型ユビキチンリガーゼによる膜交通因子の機能制御に注目した。その結果，TGN/EE局在型SNARE因子と膜局在型ユビキチンリガーゼATL31が相互作用していること，この相互作用がATL31の細胞内局在性や生理機能に重要な役割を果たすことを見出した。さらに，TGN/EE局在型SNAREタンパク質のK63鎖型ユビキチン化を発見した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

植物免疫機構の理解は，農作物の収量向上を実現する上で重要な課題である。本研究から，これまであまり知られていなかった膜交通系の機能制御機構やユビキチンシグナルの機能性が見出された。本研究成果は，植物免疫を制御する分子基盤の理解に貢献するものである。

研究成果

• [国際共同研究] ゲント大学/VIB(ベルギー)
• [国際共同研究] ゲント大学(ベルギー)
• [国際共同研究] スウェーデン農業大学(スウェーデン)
• [国際共同研究] Sweden, Umea Plant Sci. Cent./Swedish Univ.(スウェーデン)
• [国際共同研究] ゲント大学(ベルギー)
• [国際共同研究] Swedish Univ.(スウェーデン)
• [雑誌論文] Histone chaperone NUCLEOSOME ASSEMBLY PROTEIN 1 proteins affect plant growth under nitrogen deficient conditions in <i>Arabidopsis thaliana</i> (2023)
  • 著者名/発表者名: Jie Linnan、Sanagi Miho、Luo Yongming、Maeda Haruna、Fukao Yoichiro、Chiba Yukako、Yanagisawa Shuichi、Yamaguchi Junji、Takagi Junpei、Sato Takeo
  • 雑誌名: Ｐｌａｎｔ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 巻: 40 号: 1 ページ: 93-98
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.22.1219a
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • 年月日: 2023-03-25
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Plasmodesmata mediate cell-to-cell transport of brassinosteroid hormones (2023)
  • 著者名/発表者名: Wang Yaowei、Perez-Sancho Jessica、Platre Matthieu Pierre、Callebaut Brenda、Smokvarska Marija、Ferrer Karoll、Luo Yongming、Nolan Trevor M.、Sato Takeo、Busch Wolfgang、Benfey Philip N.、Kvasnica Miroslav、Winne Johan M.、Bayer Emmanuelle M.、Vukasinovic Nemanja、Russinova Eugenia
  • 雑誌名: Nature Chemical Biology 巻: 19 号: 11 ページ: 1331-1341
  • DOI: 10.1038/s41589-023-01346-x
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 3-Phenyllactic acid is converted to phenylacetic acid and induces auxin-responsive root growth in Arabidopsis plants (2022)
  • 著者名/発表者名: Maki Yuko、Soejima Hiroshi、Sugiyama Tamizi、Watahiki Masaaki K.、Sato Takeo、Yamaguchi Junji
  • 雑誌名: Ｐｌａｎｔ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 巻: 39 号: 2 ページ: 111-117
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.21.1216a
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • 年月日: 2022-06-25
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Conjugates of 3-phenyllactic acid and tryptophan enhance root-promoting activity without adverse effects in <i>Vigna angularis</i> (2022)
  • 著者名/発表者名: Maki Yuko、Soejima Hiroshi、Sugiyama Tamizi、Sato Takeo、Yamaguchi Junji、Watahiki Masaaki K.
  • 雑誌名: Ｐｌａｎｔ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 巻: 39 号: 2 ページ: 173-177
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.21.1217a
  • NAID: 130008149895
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • 年月日: 2022-06-25
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Deubiquitinating enzymes UBP12 and UBP13 regulate carbon/nitrogen-nutrient stress responses by interacting with the membrane-localized ubiquitin ligase ATL31 in Arabidopsis (2022)
  • 著者名/発表者名: Luo Yongming、Yasuda Shigetaka、Takagi Junpei、Hasegawa Yoko、Chiba Yukako、Yamaguchi Junji、Sato Takeo
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 636 ページ: 55-61
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2022.10.089
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deubiquitinating enzymes UBP12 and UBP13 stabilize the brassinosteroid receptor BRI1 (2022)
  • 著者名/発表者名: Luo Yongming、Takagi Junpei、Claus Lucas Alves Neubus、Zhang Chao、Yasuda Shigetaka、Hasegawa Yoko、Yamaguchi Junji、Shan Libo、Russinova Eugenia、Sato Takeo
  • 雑誌名: EMBO reports 巻: 23 号: 4
  • DOI: 10.15252/embr.202153354
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The TGN/EE SNARE protein SYP61 and the ubiquitin ligase ATL31 cooperatively regulate plant responses to carbon/nitrogen conditions in Arabidopsis (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoko Hasegawa, Thais Huarancca Reyes, Tomohiro Uemura, Anirban Baral, Akari Fujimaki, Yongming Luo, Yoshie Morita, Yasushi Saeki, Shugo Maekawa, Shigetaka Yasuda, Koki Mukuta, Yoichiro Fukao, Keiji Tanaka, Akihiko Nakano, Junpei Takagi, Rishikesh P Bhalerao, Junji Yamaguchi, Takeo Sato
  • 雑誌名: THE PLANT CELL 巻: 34 号: 4 ページ: 1354-1374
  • DOI: 10.1093/plcell/koac014
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Low nitrogen conditions accelerate flowering by modulating the phosphorylation state of FLOWERING BHLH 4 in <i>Arabidopsis</i> (2021)
  • 著者名/発表者名: Sanagi Miho、Aoyama Shoki、Kubo Akio、Lu Yu、Sato Yasutake、Ito Shogo、Abe Mitsutomo、Mitsuda Nobutaka、Ohme-Takagi Masaru、Kiba Takatoshi、Nakagami Hirofumi、Rolland Filip、Yamaguchi Junji、Imaizumi Takato、Sato Takeo
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 118 号: 19 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1073/pnas.2022942118
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Protein Phosphorylation Dynamics Under Carbon/Nitrogen-Nutrient Stress and Identification of a Cell Death-Related Receptor-Like Kinase in Arabidopsis (2020)
  • 著者名/発表者名: Li Xingwen、Sanagi Miho、Lu Yu、Nomura Yuko、Stolze Sara Christina、Yasuda Shigetaka、Saijo Yusuke、Schulze Waltraud X.、Feil Regina、Stitt Mark、Lunn John E.、Nakagami Hirofumi、Sato Takeo、Yamaguchi Junji
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 11 ページ: 377-377
  • DOI: 10.3389/fpls.2020.00377
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Proteome Analysis of 14-3-3 Targets in Tomato Fruit Tissues (2020)
  • 著者名/発表者名: Luo Yongming、Lu Yu、Yamaguchi Junji、Sato Takeo
  • 雑誌名: Methods in Molecular Biology “Plant Proteomics: Methods and Protocol, Third Edition” 巻: 無し ページ: 289-296
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-0528-8_21
  • ISBN: 9781071605271, 9781071605288
  • 査読あり
• [学会発表] 栄養環境に応じた植物の成長相転換とソース-シンク機能制御 (2024)
  • 著者名/発表者名: 佐藤長緒，眞木美帆，高木純平
  • 学会等名: シンポジウム「植物個体内の局所から全身の環境応答機構」，第65回日本植物生理学会年会（招待講演）
  • 招待講演
• [学会発表] Ubiquitin signals regulating plant responses to C/N-nutrient availability (2023)
  • 著者名/発表者名: Takeo Sato
  • 学会等名: Gordon Research Conference-Plant Proteolysis “Integrating Our Understanding of Proteolysis in Plant Biology”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 栄養シグナルによる植物の成長相転換制御機構 (2022)
  • 著者名/発表者名: 佐藤長緒
  • 学会等名: 植物の栄養研究会
  • 招待講演
• [学会発表] SNAREタンパク質SYP61はユビキチンリガーゼATL31と共にシロイヌナズナのC/N栄養応答を制御する (2022)
  • 著者名/発表者名: 2.長谷川陽子，Thais Huarancca Reyes, 植村知博，Anirban Baral, 羅永茗, 前川修吾, 安田盛貴, 深尾陽一朗, 中野明彦，高木純平，Rishikesh P. Bhalerao, 山口淳二，佐藤 長緒
  • 学会等名: 第63回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Deubiquitinating enzymes limit the degradation of brassinosteroid receptor BRI1 in Arabidopsis (2022)
  • 著者名/発表者名: Luo Y, Takagi J, Claus LAN, Zhang C, Yasuda S, Hasegawa Y, Yamaguchi J, Shan L, Russinova E and Sato T
  • 学会等名: 第63回日本植物生理学会年会
• [学会発表] A deubiquitinating enzyme associates the membrane localized ubiquitin ligase ATL31 to modulate plant responses to C/N-nutrient availability in Arabidopsis (2021)
  • 著者名/発表者名: Luo Y, Yasuda S, Lu T, Hasegawa Y, Takagi J, Yamaguchi J, Sato T
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会
• [学会発表] ユビキチンシグナルと膜交通制御を介した植物のC/N栄養応答の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 長谷川 陽子，羅永茗, 椋田航生，新井麻由，植村 知博，Yohann Boutt&#233;，中野 明彦，山口 淳二
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会
• [備考] 研究室HP
  • URL: https://www.sci.hokudai.ac.jp/CSF2-web/
• [備考] 研究室HP
  • URL: http://www.sci.hokudai.ac.jp/CSF2-web/