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植物の活動電位発生伝搬機構の分子基盤解明と進化過程推定

研究課題

研究課題/領域番号 21H04978
研究種目

特別推進研究

配分区分補助金
審査区分 生物系
研究機関基礎生物学研究所

研究代表者

長谷部 光泰  基礎生物学研究所, 生物進化研究部門, 教授 (40237996)

研究分担者 瀬上 紹嗣  基礎生物学研究所, 生物進化研究部門, 助教 (00765935)
豊田 正嗣  埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (90714402)
真野 弘明  基礎生物学研究所, 生物進化研究部門, 特任研究員 (80376558)
研究期間 (年度) 2021-05-18 – 2028-03-31
研究課題ステータス 交付 (2025年度)
配分額 *注記
559,130千円 (直接経費: 430,100千円、間接経費: 129,030千円)
2025年度: 72,540千円 (直接経費: 55,800千円、間接経費: 16,740千円)
2024年度: 72,540千円 (直接経費: 55,800千円、間接経費: 16,740千円)
2023年度: 72,150千円 (直接経費: 55,500千円、間接経費: 16,650千円)
2022年度: 163,540千円 (直接経費: 125,800千円、間接経費: 37,740千円)
2021年度: 59,930千円 (直接経費: 46,100千円、間接経費: 13,830千円)
キーワード活動電位 / カルシウム波 / ハエトリソウ / モウセンゴケ / オジギソウ / 食虫植物 / カルシウムイオン / カルシウム / カルシウムシグナル / カルシウムイオンシグナル
研究開始時の研究の概要

植物には神経が無いが、動物の神経と同じように活動電位と呼ばれる電気信号が知られている。しかし、従来の研究材料では研究が難しく、どのように電気信号が発生し、伝わっていくかの仕組みはわかっていなかった。本研究では、活動電位を研究しやすい、食虫植物のモウセンゴケ、ハエトリソウ、ムジナモ、お辞儀運動をするオジギソウを用いて、活動電位発生伝搬の仕組みの基盤を明らかにするとともに、その進化を推定することを目的とする。

研究実績の概要

1)センサーラインの作成:モウセンゴケでpHusion、ClopHensorNラインが完成した。2)チャネルロドプシン解析:モウセンゴケにおいてACR1-eYFPとjRCaMP1a、XXM-eYFPとjRGECO1a、ハエトリソウについて、XXM-eYFPとjRGECO1aを導入した形質転換ラインを得た。3)遺伝子破壊:[モウセンゴケ]single cell transcriptome解析は核単離が困難だったため、触毛の頭部、柄、基部のRNA-seq解析を行った。顕微鏡観察に適したアントシアニン欠損(AF)野生型のゲノムリシーケンスを完了、AF野生型標準株とした。MSL10, CNGC15、GLR3.6、TPK1、AHA2a、AHA2の遺伝子破壊体を作出した。[ハエトリソウ]MSL10破壊株において、Ca2+動態を調べた結果、野生型より機械刺激感受性が低下していること、活動電位の発生確率が下がることがわかった。4)局在解析実験:細胞膜局在マーカーラインを確立した。自己プロモーター::遺伝子cDNA-mClover3遺伝子の形質転換実験を行っている。5)オジギソウの解析:MSL10、GLR、AS/LOB遺伝子破壊体などの解析から、MSL10とGLRが正常な活動電位とCa2+波の発生に必要であること、MSL10が機械刺激受容体として機能していることがわかった。さらに、AS/LOB遺伝子がMSL10とGLRを正に制御していることがわかった。6)電気生理学的解析、誘導実験系、相互作用因子解析、オルソログ遺伝子のシロイヌナズナでの機能解析、多様性解析:モウセンゴケ、ハエトリソウ、オジギソウにおいて、細胞内電極挿入による電気生理実験手法をほぼ確立し、Ca2+波と活動電位の同時測定を開始した。また、ハエトリソウにおいて、細胞破壊実験によって、活動電位発生細胞を特定することに成功した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

一部実験の遅れが見られるが、来年度早々に完了予定である。

今後の研究の推進方策

当初予定どおりに研究を遂行する。

評価記号
中間評価所見 (区分)

A: 研究領域の設定目的に照らして、期待どおりの進展が認められる

報告書

(6件)
  • 2024 中間評価(所見) ( PDF )
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 2021 研究概要(採択時) ( PDF )   審査結果の所見 ( PDF )   実績報告書
  • 研究成果

    (33件)

すべて 2024 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (27件) (うち国際学会 10件、 招待講演 16件) 図書 (1件) 備考 (3件)

  • [国際共同研究] Wurzburg大学(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Calcium-mediated rapid movements defend against herbivorous insects in Mimosa pudica2022

    • 著者名/発表者名
      Hagihara Takuma、Mano Hiroaki、Miura Tomohiro、Hasebe Mitsuyasu、Toyota Masatsugu
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 13 号: 1 ページ: 6412-6412

    • DOI

      10.1038/s41467-022-34106-x

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 食虫植物モウセンゴケ触毛におけるカルシウム波動態の解析2024

    • 著者名/発表者名
      瀬上紹嗣、陳鵬、近藤真紀、大井祥子、須田啓、豊田正嗣、長谷部光泰
    • 学会等名
      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
  • [学会発表] 植物の機械刺激受容シグナル伝達機構の研究2024

    • 著者名/発表者名
      豊田正嗣
    • 学会等名
      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] Cytosolic calcium ion dynamics by mechanical stimuli and their biological roles in the sensitive plant, the Venus flytrap and the sundew2023

    • 著者名/発表者名
      Mitsuyasu Hasebe
    • 学会等名
      The 6th Symposium on Plant Signaling & Behavior
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Mechanosensitive and ligand-gated channels responsible for the rapid leaf movement in Mimosa pudica.2023

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Mano(研究協力者)
    • 学会等名
      The 1st JST International Symposium "Dynamics of Cellular Interactions in Multicellular Systems"
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Calcium ion-mediated sensory and movement system in the Venus Flytrap.2023

    • 著者名/発表者名
      Hiraku Suda(研究協力者)
    • 学会等名
      The 2151st NIG Biological Symposium
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 食虫植物モウセンゴケの触毛における高速カルシウム波の伝播経路2023

    • 著者名/発表者名
      瀬上紹嗣、近藤真紀、松田陸玖、張列弛、落合由裕、陳鵬、大井祥子、須田啓、豊田正嗣、長谷部光泰
    • 学会等名
      日本植物学会第87回大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] カルシウムシグナルと活動電位の同時測定によるハエトリソウの接触刺激受容細胞の解析2023

    • 著者名/発表者名
      須田啓、浅川裕紀、長谷部光泰、豊田正嗣
    • 学会等名
      日本植物学会第87回大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Multiple cytosolic calcium waves with different dynamics used in trapping hairs of carnivorous sundew Drosera rotundifolia2023

    • 著者名/発表者名
      Segami, S., Kondo, M., Matsuda, R., Zhang, L., Ochiai, T., Chen, P., Ohi, S., Suda, H., Toyota, M., and Hasebe, M.
    • 学会等名
      Taiwan-Japan Plant Biology 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Dynamics of cytosolic calcium waves in trapping hairs of carnivorous sundew Drosera rotundifolia2023

    • 著者名/発表者名
      Shoji Segami
    • 学会等名
      Taiwan-Japan Mini-symposium on Plant Cell Reprogramming and Organ Development
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Real-time visualization of intra- and inter-plant communication2023

    • 著者名/発表者名
      豊田正嗣
    • 学会等名
      第61回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 食虫植物モウセンゴケにおけるカルシウム波の伝播経路2023

    • 著者名/発表者名
      瀬上紹嗣
    • 学会等名
      第10回 エンドメンブレンミーティング
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Cytosolic calcium ion dynamics in the sensitive plant, Mimosa pudica the Venus flytrap Dionaea muscipula the sundew Drosera rotundifolia by mechanical stimuli2022

    • 著者名/発表者名
      Hasebe, M.
    • 学会等名
      Plant Calcium Signaling Conference 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Calcium-based rapid defense movements in Mimosa pudica2022

    • 著者名/発表者名
      Toyota, M.
    • 学会等名
      6th International Conference on Plant Vascular Biology 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 食虫植物モウセンゴケを用いた活動電位の研究2022

    • 著者名/発表者名
      瀬上紹嗣
    • 学会等名
      第9回エンドメンブレンミーティング・第7回植物細胞骨格研究会合同研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 植物の全身を高速伝播する電気化学シグナル2022

    • 著者名/発表者名
      豊田正嗣
    • 学会等名
      電気化学秋季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 非モデル植物ハエトリソウを形質転換する ~その条件検討と手法の構築~2022

    • 著者名/発表者名
      須田 啓(研究協力者)
    • 学会等名
      第39回日本バイオテクノロジー学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 食虫植物モウセンゴケの形質転換法の開発2022

    • 著者名/発表者名
      棚瀬邦明、須田啓、大井祥子、松林嘉克、長谷部光泰、瀬上紹嗣
    • 学会等名
      日本植物学会 第86回大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 食虫植物モウセンゴケにおける高速カルシウムシグナル伝達2022

    • 著者名/発表者名
      瀬上紹嗣、Palfalvi Gergo、棚瀬邦明、下村拓史、陳鵬、松田陸玖、須田啓、張列弛、大井祥子、真野弘明、重信秀次、豊田正嗣、長谷部光泰
    • 学会等名
      日本植物学会 第86回大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Calcium ion-mediated memory and movement system in the Venus flytrap (Dionaea muscipula)2022

    • 著者名/発表者名
      Suda, H. (研究協力者)
    • 学会等名
      Fifth webinar of the IRN France-Japan Frontiers in Plant Biology-Emerging models in plant sciences
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 食虫植物の活動電位を介した長距離情報伝達2022

    • 著者名/発表者名
      瀬上紹嗣、Gergo Palfalvi、陳鵬、棚瀬邦明、下村拓史、松田陸玖、須田啓、張列弛、大井祥子、真野弘明、山口勝司、重信秀次、豊田正嗣、長谷部光泰
    • 学会等名
      第 95 回日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] オジギソウの機械刺激応答性シグナル伝達2022

    • 著者名/発表者名
      豊田正嗣
    • 学会等名
      第45回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 食虫植物モウセンゴケの運動を制御する高速電気シグナルの解析2022

    • 著者名/発表者名
      瀬上紹嗣、Gergo Palfalvi、棚瀬邦明、松田陸玖、陳鵬、須田啓、下村拓史、大井祥子、豊田正嗣、長谷部光泰
    • 学会等名
      第64回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] オジギソウの運動を引き起こす長距離・高速シグナルを見る2022

    • 著者名/発表者名
      豊田正嗣
    • 学会等名
      エアロ・アクアバイオメカニズム学会 第46回定例講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Cytosolic calcium ion dynamics by mechanical stimuli and their biological roles in the sensitive plant, the Venus flytrap, and the sundew2022

    • 著者名/発表者名
      Hasebe, M.
    • 学会等名
      The 19th International Workshop on Plant Membrane Biology
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Electrical and Ca2+ Signal Transductions Controlling the Tentacle Movement of the Carnivorous Plant Drosera rotundifolia2022

    • 著者名/発表者名
      egami, S., Palfalvi, G., Chen, P., Tanase, K., Matsuda, R., Zhang, L., Kondo, M., Ohi, S., Suda, H., Shimomura, T., Shigenobu, S., Toyota, M., and Hasebe, M.
    • 学会等名
      The19th International Workshop on Plant Membrane Biology
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] カルシウムシグナルを介した植物内・植物間情報伝達の可視化2022

    • 著者名/発表者名
      豊田正嗣
    • 学会等名
      第69回日本生態学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Plastic responses to environmental stimuli in carnivorous plants2021

    • 著者名/発表者名
      長谷部光泰
    • 学会等名
      International Webinar on Plant Developmental Plasticity: A Molecular Perspective, Nagarjuna University, India
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] 食虫植物 : 多様性と進化2023

    • 著者名/発表者名
      長谷部 光泰
    • 総ページ数
      362
    • 出版者
      裳華房
    • ISBN
      9784785358761
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] 基礎生物学研究所生物進化研究部門 webページ

    • URL

      http://www.nibb.ac.jp/evodevo

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書 2022 実績報告書
  • [備考] 埼玉大学豊田正嗣研究室 webページ

    • URL

      https://park.saitama-u.ac.jp/~toyotalab/index.html

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書 2022 実績報告書
  • [備考] 研究室web site

    • URL

      http://www.nibb.ac.jp/evodevo

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

URL: 

公開日: 2021-05-21   更新日: 2025-06-20  

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