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化学・ゲノム科学的手法による植物の新規ペプチドシグナリング解明

研究課題

研究課題/領域番号 21K19074
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分38:農芸化学およびその関連分野
研究機関名古屋大学

研究代表者

田畑 亮  名古屋大学, 生命農学研究科, 特任講師 (30712294)

研究期間 (年度) 2021-07-09 – 2024-03-31
研究課題ステータス 交付 (2021年度)
配分額 *注記
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2021年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワード植物 / ペプチド / 器官間シグナル / 環境ストレス応答 / 短鎖翻訳後修飾型ペプチド / 分泌型ペプチド
研究開始時の研究の概要

脳や神経系に相当する器官を持たない植物は、維管束を介して「根と葉」の間の器官間コミュニケーションの仕組みを発達させ、個体を統御するシステムを進化させてきた。近年、植物はペプチド分子による器官間シグナル伝達機構を介して個体のホメオスタシスを維持している事が明らかになってきたが、植物のゲノムには約1000 個の分泌型ペプチド遺伝子が存在しており、機能解明された因子は限られている。そこで本研究では、環境ストレスに応答した器官間シグナル伝達機構を支える器官間移動性のペプチド分子に着目して、化学的・ゲノム科学の研究アプローチによってストレス応答に必須の新規ペプチドシグナリングを探索する。

研究実績の概要

近年植物は、低分子化合物(オーキシンやサイトカイニン等)のみならず、ペプチド分子による器官間シグナル伝達機構を介して個体のホメオスタシスを維持している事が明らかになってきた。しかしながら、ゲノム情報より、植物は約1000 個の分泌型ペプチド遺伝子を保持している事が予想されているが、機能解明された因子は全体のわずか数%にも満たない。植物が持つ機能未知の分泌型ペプチドの中には、環境ストレス応答における器官間シグナル伝達に必須の因子が、さらに多数存在しているのではないかと期待されている。そこで本研究では、環境ストレスに応答した器官間シグナル伝達機構と、それを支える器官間移動性のペプチド分子に着目して、化学的・ゲノム科学の研究アプローチによって、ストレス応答に必須の新規ペプチド分子探索に挑戦する。
これまで、トマトより採集した維管束液からタンパク質抽出を行い、nano LC-MS によるペプチドミクス解析を行うことで、複数のトマト硫酸化ペプチドを同定した。また、シロイヌナズナを用いたDNA修復因子の変異体背景でCRISPR/Cas9のゲノム編集技術を用いる手法(Tandem cluster破壊法)によって、ゲノムに大きな欠失を引き起こすことで、鉄欠乏によって誘導されるCysteine-rich peptideを見出した。このCRP tandem破壊株は、野生型と比較して生育が阻害されてたため、発生や環境ストレス応答などのペプチドシグナリングに重要な役割を持っていることが推測された。

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

これまで、トマトより採集した維管束液からタンパク質抽出を行い、nano LC-MS によるペプチドミクス解析を行うことで、複数のトマト硫酸化ペプチドを同定した。また、シロイヌナズナを用いたDNA修復因子の変異体背景でCRISPR/Cas9のゲノム編集技術を用いる手法(Tandem cluster破壊法)によって、ゲノムに大きな欠失を引き起こすことで、鉄欠乏によって誘導されるCysteine-rich peptide(CRP)を見出した。このCRP tandem破壊株は、野生型と比較して生育が阻害されてたため、発生や環境ストレス応答などのペプチドシグナリングに重要な役割を持っていることが推測される。このように、複数のペプチドを見出しており、研究は順調に進んでいる。

今後の研究の推進方策

引き続き、維管束液を用いたペプチドミクス解析や、ペプチド候補因子の多重破壊株作成によって、植物の環境ストレス応答に必須のペプチドの探索を行う。今年度同定したペプチド分子を含め、新たなペプチド分子が同定された際には、その成熟型構造を元に、ペプチドを化学合成していく。合成ペプチド処理実験を、Split-root培養条件下で実施することで、ペプチド処理した器官のみならず、他方の器官において、ストレス耐性が付与されるか検証して、器官間シグナルへの寄与を明らかにする。また、Micro-Graftingデバイスによる接ぎ木実験によって候補ペプチド因子の器官間移動性を検証する。これらの解析から、植物ペプチドシグナリングの発見を目指す。

報告書

(1件)
  • 2021 実施状況報告書

研究成果

(9件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Systemic Regulation of Iron Acquisition by Arabidopsis in Environments with Heterogeneous Iron Distributions2022

    • 著者名/発表者名
      Ryo Tabata, Takehiro Kamiya, Shunpei Imoto, Hana Tamura, Michika Tabata, Tasuku Hirayama, Hironaka Tsukagoshi, Keitaro Tanoi, Takamasa Suzuki, Takushi Hachiya, Hitoshi Sakakibara
    • 雑誌名

      Plant and Cell Physiology

      巻: -

    • DOI

      10.1093/pcp/pcac049

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of microfluidic chip for entrapping tobacco BY-2 cells2022

    • 著者名/発表者名
      Kazunori Shimizu, Yaichi Kawakatsu, Ken-ichi Kurotani, Masahiro Kikkawa, Ryo Tabata, Daisuke Kurihara, Hiroyuki Honda, Michitaka Notaguchi
    • 雑誌名

      PLoS ONE

      巻: -

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0266982

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Regulation of ammonium acquisition and use in Oryza longistaminata ramets under nitrogen source heterogeneity2022

    • 著者名/発表者名
      Misato Kawai, Ryo Tabata, Miwa Ohashi, Haruno Honda, Takehiro Kamiya, Mikiko Kojima, Yumiko Takebayashi, Shunsuke Oishi, Satoru Okamoto, Takushi Hachiya, Hitoshi Sakakibara
    • 雑誌名

      Plant Physiology

      巻: 188 ページ: 2364-2376

    • DOI

      10.1093/plphys/kiac025

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 接木後の組織修復におけるオートファジー誘導の発見2022

    • 著者名/発表者名
      黒谷賢一, 田畑亮, 川勝弥一, 杉田亮平, 岡安浩次, 田野井慶太郎, 野田口理孝
    • 学会等名
      第63回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Xylem formation enhances scion growth of Nicotiana interfamily grafting2022

    • 著者名/発表者名
      Chaokun Huang, Kenichi Kurotani, Ryo Tabata, Michitaka Notaguchi
    • 学会等名
      第63回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 植物の器官間シグナル伝達を介した鉄吸収制御2021

    • 著者名/発表者名
      田畑亮
    • 学会等名
      第255回遺伝子機能解析部門セミナー 島根大学
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] シロイヌナズナ器官間シグナリングを介した「鉄」吸収制御2021

    • 著者名/発表者名
      田畑亮
    • 学会等名
      植物の栄養研究会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] シロイヌナズナにおける器官間シグナル伝達を介した鉄吸収制御2021

    • 著者名/発表者名
      田畑亮, 井本駿平, 田村花, 神谷岳洋, 木羽隆敏, 榊原均
    • 学会等名
      日本土壌肥料学会2021年度北海道大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Regeneration of tracheary elements facilitate scion growth upon N. benthamiana interfamily grafting2021

    • 著者名/発表者名
      Chaokun Huang, Michitaka Notaguchi, Kenichi Kurotani, Yaichi Kawakatsu, Ryo Tabata
    • 学会等名
      第85回 日本植物学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2021-07-13   更新日: 2022-12-28  

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