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栄養シグナルによる膜交通制御と植物成長最適化機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 21H02150
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

山口 淳二  北海道大学, 理学研究院, 特任教授 (10183120)

研究分担者 佐藤 長緒  北海道大学, 理学研究院, 准教授 (50609724)
高木 純平  北海道大学, 理学研究院, 助教 (80740331)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2023年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2022年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2021年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
キーワード環境応答 / 翻訳後修飾 / 膜交通 / 環境ストレス / 植物
研究開始時の研究の概要

植物は,生育環境の栄養条件に応じて代謝,成長を巧みに制御しながら生存している。特に,細胞内で利用可能な糖(炭素源,C)と窒素(N)の相対量比(C/Nバランス)は重要であり,植物はそれを感知し適応する「C/N応答」能力を有している。C/Nは,古くから植物生理学における重要なコンセプトであり,農業現場での具体的な作用点として注目されてきた。その一方で,C/N応答を制御する上流シグナル機構や代謝変動を担う分子実態については,長年謎に包まれたままである。本研究では,細胞内の膜交通制御による栄養ストレス適応という新たな視点から,植物の優れた環境ストレス応答を支える分子機構を解明する。

研究成果の概要

本研究では,糖(炭素,C)と窒素(N)栄養バランスである「C/Nバランス」の乱れに起因するストレス応答制御に着目し,それに関わる膜交通因子の翻訳後修飾について詳しい解析を行った。その結果,C/N応答制御に関わるTGN局在型SNAREタンパク質SYP61が植物体内でK63鎖型のユビキチン化を受けており,そのユビキチン化状態がC/Nに応じて変化することを見出した。また,新規にC/N応答に関与するARF-GEFタンパク質を同定し,この因子がリン酸化されていること,C/Nに応じた小胞輸送経路制御に関与する可能性を見出した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

植物のC/N応答は,農作物の光合成活性や収量向上という観点からも重要な生理現象である。本研究から,これまで分かっていなかった細胞内物質輸送制御とC/N応答の関連性について明らかになった。本研究成果は,作物収量を制御する分子基盤の理解に貢献する。

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 3件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件、 招待講演 3件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] スウェーデン農業大学(スウェーデン)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] ゲント大学/VIB(ベルギー)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [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
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書 2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Plasmodesmata mediate cell-to-cell transport of brassinosteroid hormones2023

    • 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

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書 2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [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
    • 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
  • [雑誌論文] 3-Phenyllactic acid is converted to phenylacetic acid and induces auxin-responsive root growth in Arabidopsis plants2022

    • 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
    • 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
  • [雑誌論文] The TGN/EE SNARE protein SYP61 and the ubiquitin ligase ATL31 cooperatively regulate plant responses to carbon/nitrogen conditions in Arabidopsis2022

    • 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

    • 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] Deubiquitinating enzymes UBP12 and UBP13 stabilize the brassinosteroid receptor BRI12022

    • 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

    • 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] Deubiquitinating enzymes UBP12 and UBP13 regulate carbon/nitrogen-nutrient stress responses by interacting with the membrane-localized ubiquitin ligase ATL31 in Arabidopsis2022

    • 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

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 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
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [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)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Ubiquitin signals regulating plant responses to C/N-nutrient availability2023

    • 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”
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書 2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 研究室HP

    • URL

      https://www.sci.hokudai.ac.jp/CSF2-web/

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書 2022 実績報告書 2021 実績報告書

URL: 

公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-01-30  

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