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硫黄欠乏応答遺伝子群の機能分化解析

研究課題

研究課題/領域番号 22KJ2295
補助金の研究課題番号 22J40140 (2022)
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金 (2023)
補助金 (2022)
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
研究機関奈良先端科学技術大学院大学

研究代表者

渡邉 むつみ  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術, 特別研究員(RPD)

研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2024年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード硫黄代謝 / 硫黄欠乏応答 / 植物二次代謝 / 比較ゲノム解析
研究開始時の研究の概要

硫黄欠乏代謝応答の鍵因子のひとつであるSDI(Sulfur Deficiency-Induced)の研究をモデルケースとして、作物種のゲノム情報と代謝多様性解析を統合し、モデル植物の研究知見を作物種へ応用可能とする生体調節適応機構を解明する新しい研究法の構築を目指す。SDIは、アブラナ科特異的特化代謝物であるグルコシノレートの生合成の抑制因子であるが、アブラナ科以外の植物種での機能は不明である。本研究では、トマト、ダイズ、イネ等について、SDIオルソログ遺伝子の機能同定を行うことで、機能分化や機能保存性を評価し、植物の硫黄欠乏適応代謝機構の包括的な理解を目指す。

研究実績の概要

本研究は、硫黄欠乏応答遺伝子であるSDI (Sulfur Deficiency-Induced) 遺伝子の機能分化と機能保存性について、双子葉作物 (トマト、ダイズ)、単子葉穀物 (イネ) 及び作物種を含むアブラナ科6種を対象に実験的に解析を行うことで、植物の硫黄欠乏適応代謝機構の包括的な理解を目指す。2023年度は、配列相同性/系統樹解析及びシンテニー領域解析や、硫黄欠乏応答性評価により特定した各植物のSDIオルソログ遺伝子について、シロイヌナズナを用いた過剰発現体の作製を行った。シロイヌナズナSDI遺伝子とダイズSDIオルソログ遺伝子の過剰発現体の遺伝子発現解析及び、代謝物分析を行い、SDI遺伝子の植物種間機能保存性を評価した。さらに、ダイズSDIオルソログ遺伝子については、ダイズの毛状根形質転換法及びタバコの葉を対象とした一過的発現法を用いて過剰発現体を作製し、遺伝子発現解析及び、代謝物分析を行った。その結果、過剰発現体特異的に増加する特化代謝物を見出した。また、各植物の硫黄欠乏時のサンプルや、様々な組織 (根、葉、茎、花序、果実、種子等)について代謝物分析を行い、一次代謝物や特化代謝物等の包括的な代謝物変動解析も行った。今後、各植物のSDIオルソログ遺伝子群の発現解析を行い、代謝物分析結果と統合することで、SDIオルソログ遺伝子の機能推定もしくは機能評価に利用する。また、植物種間比較ゲノム解析として、約60種のゲノムデータセットを用いたシンテニーネットワークを使用し、SDIオルソログ遺伝子のシンテニー領域解析を行った。本研究で構築した植物の代謝多様性に関わる鍵遺伝子特定法を論文発表した (Watanabe M. and Tohge T., 2023)。

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

各植物のSDIオルソログ遺伝子 (シロイヌナズナ2遺伝子、トマト3遺伝子、ダイズ4遺伝子、イネ2遺伝子) について、シロイヌナズナを用いた過剰発現体の作製を行った。ダイズSDIオルソログ遺伝子については、シロイヌナズナを用いた過剰発現体、ダイズの毛状根形質転換法及びタバコの葉を対象とした一過的発現法を用いた過剰発現体の遺伝子発現解析及び代謝物分析を行った結果、過剰発現体特異的に蓄積増加する特化代謝物を見出すことができた。また、各植物を用いた形質転換体作製に向けて、トマトでは、葉や果実を対象とした一過的発現法を確立した。トマトの子葉切片由来カルスを利用した形質転換法やイネの種子胚盤由来のカルスを利用した形質転換法の系は現在確立中である。また、各植物の硫黄欠乏時のサンプルや、様々な組織について包括的な代謝物変動解析も行った。

今後の研究の推進方策

現在作製中のトマトとイネのSDIオルソログ遺伝子の過剰発現体の解析を進める。ダイズSDIオルソログ遺伝子に関しては、制御する生合成経路候補が特定できたため、相互作用実験等を含めた分子生物学的実験を行い、SDIオルソログ遺伝子の機能解明を目指す。トマトとイネに関しても、SDIオルソログ遺伝子が制御する生合成経路候補が特定出来次第、分子生物学的実験を行う。また、各植物の硫黄欠乏時のサンプルや様々な組織について、SDIオルソログ遺伝子群の発現解析を行い、代謝物変動解析結果と統合することで、SDIオルソログ遺伝子の機能推定もしくは機能評価に利用する。

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (29件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 3件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (22件)

  • [国際共同研究] マックスプランク研究所(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Max Planck Institute(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] Mahidol University(タイ)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Cross-Species metabolomic analyses in the Brassicaceae reveals common responses to ultraviolet-B exposure2023

    • 著者名/発表者名
      Jing Yue、Watanabe Mutsumi、Aarabi Fayezeh、Fernie Alisdair R、Borghi Monica、Tohge Takayuki
    • 雑誌名

      Plant And Cell Physiology

      巻: 64 号: 12 ページ: 1523-1533

    • DOI

      10.1093/pcp/pcad085

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Necrotrophic fungal infection affects indolic glucosinolate metabolism in Brassica rapa2023

    • 著者名/発表者名
      Aghajanzadeh Tahereh A.、Watanabe Mutsumi、Tohge Takayuki、Hawkesford Malcolm J.、Fernie Alisdair R.、Hoefgen Rainer、Elzenga J. Theo M.、De Kok Luit J.
    • 雑誌名

      Acta Physiologiae Plantarum

      巻: 45 号: 5 ページ: 64-64

    • DOI

      10.1007/s11738-023-03546-3

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Arabidopsis BBX14 negatively regulates nitrogen starvation‐ and dark‐induced leaf senescence2023

    • 著者名/発表者名
      Buelbuel Selin、Sakuraba Yasuhito、Sedaghatmehr Mastoureh、Watanabe Mutsumi、Hoefgen Rainer、Balazadeh Salma、Mueller‐Roeber Bernd
    • 雑誌名

      The Plant Journal

      巻: 116 号: 1 ページ: 251-268

    • DOI

      10.1111/tpj.16374

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Species-specific ‘specialized’ genomic region provides the new insights into the functional genomics characterizing metabolic polymorphisms in plants2023

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Mutsumi、Tohge Takayuki
    • 雑誌名

      Current Opinion in Plant Biology

      巻: 75 ページ: 102427-102427

    • DOI

      10.1016/j.pbi.2023.102427

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] ダイズの硫黄欠乏応答遺伝子の機能解析2024

    • 著者名/発表者名
      家田愛菜、小牧伸一郎、峠隆之、渡邉むつみ
    • 学会等名
      日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Characterization of tomato fruit ripening transcription factors via comparative omics Approach2024

    • 著者名/発表者名
      Hwa Eun Kim, Shinichiro Komaki, Mutsumi Watanabe, Alisdair R. Fernie, Takayuki Tohge
    • 学会等名
      日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Gene expression and metabolite profiles of Brassica plants in response to abiotic and biotic stresses2024

    • 著者名/発表者名
      Jemillie Madonna Samaniego de Leon, Shinichiro Komaki, Mutsumi Watanabe, Takayuki Tohge
    • 学会等名
      日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Comparative analysis on secondary metabolism in different tissues of subspecies of oryzasativa2024

    • 著者名/発表者名
      Tzie Choong Isaac Choo, Tomoki Kobayashi, Mutsumi Watanabe, Takayuki Tohge
    • 学会等名
      日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Cross-species wide functional analysis of MYB transcriptional regulators in the phenylpropanoid pathway2024

    • 著者名/発表者名
      Maria Kenosis Emmanuelle Lachica, Shinichiro Komaki, Mutsumi Watanabe, Takayuki Tohge
    • 学会等名
      日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] イネにおける免疫受容体および共生 制御因子を介した細菌共生の制御2024

    • 著者名/発表者名
      永易将弘、井上加奈子、木戸將太、佐藤昌直、藤雅子、鈴木雄心、村上匠、渡邉むつみ、峠隆之、西條雄介
    • 学会等名
      日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Cross-species metabolomic analysis of polyphenol metabolic response under UV-B exposure among Solanaceae species2024

    • 著者名/発表者名
      Lalida Sangpong, Nodoka Shinya, Carla Calumpang, Federico Scossa, Alisdair R. Fernie, Shinichiro Komaki, Mutsumi Watanabe, Takayuki Tohge
    • 学会等名
      日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] チャノキ品種間のポリフェノール類の比較メタボロミクス解析2024

    • 著者名/発表者名
      安藤うた、〆野あおい、竹中勲、濵崎貞弘、渡邉むつみ、峠隆之
    • 学会等名
      日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] シロイヌナズナ野生株特異的に産生されるフラボノイドの産生機構の解析2024

    • 著者名/発表者名
      上田和佳、小牧伸一郎、渡邉むつみ、峠隆之
    • 学会等名
      日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 孔辺細胞とミロシン細胞の分化における FAMA-WASABI MAKER 転写ネットワーク2024

    • 著者名/発表者名
      中西辰慶、白川一、小黒友輝、菅野茂夫、山岡尚平、相良真由、谷田舞、須沼京子、石見拓也、堀内恵大、熊石妃恵、吉田颯馬、渡邉むつみ、峠隆之、鈴木考征、市橋泰範、武宮淳史、山口暢俊、河内孝之、伊藤寿朗
    • 学会等名
      日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] イネの低温ストレス下における代謝物変動の種間比較解析2024

    • 著者名/発表者名
      五十嵐暢暁、小林智輝、清水崇史、小牧伸一郎、渡邉むつみ、峠隆之
    • 学会等名
      日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] クズ(葛)が産生する特化代謝物の器官特異的な産生機構の解析2024

    • 著者名/発表者名
      Zhixuan Huang、〆野あおい、竹中勲、濵崎貞弘、小牧伸一郎、渡邉むつみ、峠隆之
    • 学会等名
      日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 栄養欠乏応答性のアブラナ科植物種間比較解析2023

    • 著者名/発表者名
      渡邉むつみ、中山香奈、西元崚太、峠隆之
    • 学会等名
      日本植物バイオテクノロジー学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Cross-species wide functional analysis of MYB transcriptional regulators in the phenylpropanoid pathway2023

    • 著者名/発表者名
      Maria Kenosis Emmanuelle Lachica, Shinichiro Komaki, Mutsumi Watanabe, and Takayuki Tohge
    • 学会等名
      日本植物バイオテクノロジー学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 野生種トマトの葉で特異的に産生するポリフェノール化合物の蓄積機構の解析2023

    • 著者名/発表者名
      西山彩加、小財将哉、渡邉むつみ、峠隆之
    • 学会等名
      日本植物バイオテクノロジー学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 硫黄欠乏応答遺伝子の植物種間比較機能解析2023

    • 著者名/発表者名
      家田愛菜、峠隆之、渡邉むつみ
    • 学会等名
      日本植物バイオテクノロジー学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Cross-species comparative genomics of transcriptional regulators in the hydroxycinnamate biosynthetic pathway2023

    • 著者名/発表者名
      Maria Kenosis Emmanuelle Lachica, Shinichiro Komaki, Mutsumi Watanabe, Takayuki Tohge
    • 学会等名
      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] 保存されたFAMA-WSBモジュールの転用によるアブラナ目生体防御系の進化2023

    • 著者名/発表者名
      白川一、小黒友輝、菅野茂夫、山岡尚平、相良真由、谷田舞、松本紘弥、熊石妃恵、吉田颯馬、渡邉むつみ、峠隆之、鈴木孝征、市橋泰範、武宮淳史、山口暢俊、河内孝之、伊藤寿朗
    • 学会等名
      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] プロアントシアニジン生合成経路の解明2023

    • 著者名/発表者名
      川俣零、峠隆之、渡邉むつみ、〆野あおい
    • 学会等名
      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] ダイズの硫黄欠乏応答遺伝子の機能解析2023

    • 著者名/発表者名
      家田愛菜、峠隆之、渡邉むつみ
    • 学会等名
      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] アブラナ科植物におけるインドール特化代謝物産生の種間比較解析2022

    • 著者名/発表者名
      新屋和花、清水崇史、渡邉むつみ、峠隆之
    • 学会等名
      日本植物学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 落花生におけるポリフェノール代謝経路の解析2022

    • 著者名/発表者名
      早川修平、Chaiwat Aneklaphakij、渡邉むつみ、峠隆之
    • 学会等名
      日本植物バイオテクノロジー学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2022-04-28   更新日: 2024-12-25  

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