膜輸送システムと金属結合分子からみた植物細胞の自律的イオン濃度調節機構の解明

• 研究課題/領域番号: 26252011
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用生物化学
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 前島 正義 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (80181577)
• 連携研究者: 河内 美樹 名古屋大学, 大学院生命農学研究科, 准教授 (40625125)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 40,300千円 (直接経費: 31,000千円、間接経費: 9,300千円); 2016年度: 12,610千円 (直接経費: 9,700千円、間接経費: 2,910千円); 2015年度: 12,350千円 (直接経費: 9,500千円、間接経費: 2,850千円); 2014年度: 15,340千円 (直接経費: 11,800千円、間接経費: 3,540千円)
• キーワード: Membrane / Metals / Membrane transpoter / Ion concentration / Membrane transporter / 液胞 / 金属イオン / 膜輸送 / 金属耐性 / 亜鉛輸送体 / 細胞膜 / 液胞膜 / 金属輸送体 / プロトンポンプ

研究成果の概要

植物細胞は金属イオンの濃度を調節しつつ生命活動を維持している。その調節に関わるイオン膜輸送系、濃度感知装置に焦点を当て、以下の成果を得た。1）液胞膜Zn輸送体MTP1の細胞質側のHisに富んだ領域が、細胞質イオン濃度を感知し、低濃度では細胞質Zn濃度を維持するため活性を抑制する役割をもつことを証明した。2）新規亜鉛輸送体MTP12がMTP5とヘテロ多量体を形成し、ゴルジ装置に局在することを解明した。3）細胞膜のCa結合タンパク質PCaP1について、金属結合による構造変化、培地銅イオン過剰による発現増大、遺伝子欠失株での銅感受性増大、気孔の閉口機能への寄与等の生理機能を解明した。

研究成果

• [国際共同研究] チューリッヒ大学(スイス)
• [国際共同研究] ハイデルベルグ大学(ドイツ)
• [国際共同研究] ポハン科学技術大学(韓国)
• [雑誌論文] Compensated cell enlargement in fugu5 is specifically triggered by lowered sucrose production from seed storage lipids. (2017)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, K., Morimoto, R., Ishida, M., Asaoka, M., Maeshima, M., Tsukaya, H., and Ferjani, A.
  • 雑誌名: Plant & Cell Physiology 巻: 58 号: 4 ページ: 668-678
  • DOI: 10.1093/pcp/pcx021
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A novel-type phosphatidylinositol phosphate-interactive, Ca-binding protein PCaP1 in Arabidopsis thaliana: stable association with plasma membrane and partial involvement in stomata closure. (2016)
  • 著者名/発表者名: Nagata, C., Miwa, C., Tanaka, N., Kato, M., Suito, M., Tsuchihira, A., Sato, Y., Segami, S. and Maeshima, M.
  • 雑誌名: Journal of Plant Research 巻: In press 号: 3 ページ: 539-550
  • DOI: 10.1007/s10265-016-0787-2
  • NAID: 120005868252
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Contribution of PPi-hydrolyzing function of vacuolar H+-pyrophosphatase in vegetative growth of Arabidopsis: Evidenced by expression of uncoupling mutated enzymes. (2016)
  • 著者名/発表者名: Asaoka, M., Segami, S., Ferjani, A., and Maeshima, M.
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Research 巻: 7 ページ: 415-415
  • DOI: 10.3389/fpls.2016.00415
  • NAID: 120005868253
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Lack of H+-pyrophosphatase causes developmental damage in Arabidopsis leaves in ammonia-free culture medium. (2016)
  • 著者名/発表者名: Fukuda, M., Segami, S., Tomoyama, T., Nakanishi, Y., Gunji, S., Ferjani, A., and Maeshima, M.
  • 雑誌名: Frontiers of Plant Science 巻: 6 ページ: 819-819
  • DOI: 10.3389/fpls.2016.00819
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Multiple facets of H+-pyrophosphatase and related enzymes. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ferjani, A., and Maeshima, M.
  • 雑誌名: Frontiers of Plant Science 巻: 8
  • DOI: 10.3389/fpls.2016.01265
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The histidine-rich loop of Arabidopsis vacuolar membrane zinc transporter AtMTP1 is involved in sensing cytosolic level of zinc. (2015)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, N., Fujiwara, T., Tomioka, R., Krämer, U., Kawachi, M., and Maeshima, M.
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 56 号: 3 ページ: 510-519
  • DOI: 10.1093/pcp/pcu194
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Identification of a unique CDF member containing the long N-terminal region in Arabidopsis thaliana. (2015)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara, T., Mori, H., Kawachi, M., and Maeshima, M.
  • 雑誌名: FEBS Journal 巻: 282 ページ: 1965-1979
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Up-regulation of genes involved in N-acetylglucosamine uptake and metabolismsuggests a recycling mode of chitin in intraradical mycelium of arbuscular mycorrhizal fungi (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiro Kobae, Miki Kawachi, Katsuharu Saito, Yusuke Kikuchi, Tatsuhiro Ezawa, Masayoshi Maeshima, Shingo Hata and Toru Fujiwara
  • 雑誌名: Mycorrhiza 巻: 25 号: 5 ページ: 00-00
  • DOI: 10.1007/s00572-014-0623-2
  • NAID: 120005820694
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] GFPの二量体化を原因とする細胞内オルガネラの異常構造の形成とその予防策 (2015)
  • 著者名/発表者名: 瀬上紹嗣、前島正義
  • 雑誌名: 化学と生物 巻: 53 ページ: 703-708
  • NAID: 130005416123
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Characteristics of a root hair-less line of Arabidopsis thaliana under physiological stresses. (2014)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, N., Kato, M., Tomioka, R., Kurata, R., Fukao, Y., Aoyama, T., and Maeshima, M.
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 巻: 65 号: 6 ページ: 1497-1512
  • DOI: 10.1093/jxb/eru014
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Accumulation of TIP2;2 aquaporin during dark adaptation is partially phyA dependent in roots of Arabidopsis seedlings. (2014)
  • 著者名/発表者名: Uenishi, Y., Nakabayashi, Y., Tsuchihira, A., Takusagawa, M., Hashimoto, K., Maeshima M., and Sato-Nara, K.
  • 雑誌名: Plants 巻: 3 号: 1 ページ: 177-195
  • DOI: 10.3390/plants3010177
  • 査読あり
• [雑誌論文] Roles of the vacuolar H+-PPase in seed storage oil mobilization and plant development. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ferjani, A., Segami, S., Horiguchi, G., Muto, Y., Maeshima, M., and Tsukaya, H.
  • 雑誌名: Plant Morphology 巻: 26 ページ: 45-51
  • NAID: 130005066549
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Dynamics of vacuoles and H+-pyrophosphatase visualized by monomeric green fluorescent protein in Arabidopsis: Artifactual bulbs and native intravacuolar spherical structures. (2014)
  • 著者名/発表者名: Segami, S., Makino, S., Miyake, A., Asaoka, M., and Maeshima, M.
  • 雑誌名: Plant Cell 巻: 26 号: 8 ページ: 3416-3434
  • DOI: 10.1105/tpc.114.127571
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Identification of the critical residues for the function of vacuolar H+-pyrophosphatase by amino acid screening based on the 3D structure. (2014)
  • 著者名/発表者名: Asaoka, M., Segami, S., and Maeshima, M.
  • 雑誌名: Journal of Biochemistry 巻: 156 号: 6 ページ: 333-344
  • DOI: 10.1093/jb/mvu046
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] (43) 河内美樹、藤原崇志、田中奈月、前島正義：植物の亜鉛膜輸送体からみた亜鉛ホメオスタシスと亜鉛シグナリング (2014)
  • 著者名/発表者名: 河内美樹、藤原崇志、田中奈月、前島正義
  • 雑誌名: 生化学 巻: 86 ページ: 407-410
  • 査読あり
• [学会発表] Multiple facets of vacuolar H+-pyrophosphatase and vacuolar functions: visible and invisible parts. (2017)
  • 著者名/発表者名: Masayoshi MAESHIMA
  • 学会等名: Annual Meeting of Japanese Society of Plant Physiologists. (Symposium)
  • 発表場所: 鹿児島大学
  • 年月日: 2017-03-16
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 植物の成長最適化に関わる代謝産物ピロリン酸濃度の調節. (2016)
  • 著者名/発表者名: 前島正義、瀬上紹嗣、浅岡真理子、福田茉由、郡司 玄、Ali Ferjani
  • 学会等名: 日本植物学会大会（シンポジウム）
  • 発表場所: Okinawa
  • 年月日: 2016-09-16
  • 招待講演
• [学会発表] Dual functions of vacuolar H+-pyrophosphatase: vacuolar acidification and PPi homeostasis. (2016)
  • 著者名/発表者名: Maeshima M, Segami S, Fukuda M, Asaoka M, Ferjani A
  • 学会等名: 17th International Workshop on Plant Membrane Biology
  • 発表場所: Annapolis, Maryland, USA
  • 年月日: 2016-06-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Cooperative works of H+-PPase and soluble PPases for PPi homeostasis in Arabidopsis. (2016)
  • 著者名/発表者名: Segami, S., Tomoyama, T., Maeshima, M.
  • 学会等名: 日本植物生理学会2016年度年会
  • 発表場所: 岩手大学
  • 年月日: 2016-03-18
• [学会発表] Contribution of PPi-hydrolysis function of H+-pyrophosphatase in vegetative growth of Arabidopsis thaliana. (2016)
  • 著者名/発表者名: Asaoka, M., Segami, S., Ferjani, A., Maeshima, M.
  • 学会等名: 日本植物生理学会2016年度年会
  • 発表場所: 岩手大学
  • 年月日: 2016-03-18
• [学会発表] Physiological effects of loss-of-function mutations of enzymes involved in pyrophosphate metabolism depending on nitrogen. (2016)
  • 著者名/発表者名: Fukuda, M., Segami, S., Tomoyama, T., Gunji, S., Ferjanai, A., Maeshima, M.
  • 学会等名: 日本植物生理学会2016年度年会
  • 発表場所: 岩手大学
  • 年月日: 2016-03-18
• [学会発表] A Ca2+-binding protein PCaP1 is involved in root hydrotropism. (2016)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, N., Kobayashi, H., Takahashi, H., Maeshima, M.
  • 学会等名: 日本植物生理学会2016年度年会
  • 発表場所: 岩手大学
  • 年月日: 2016-03-18
• [学会発表] Characterization of the histidine loop of Arabidopsis vacuolar membrane zinc transporter AtMTP1 as a sensor of cytosol zinc level (2015)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, N., Fujiwara, T., Tomioka, R., Kraemer, U., Kawachi M. and Maeshima, M
  • 学会等名: Vienna International Conference Series 2015
  • 発表場所: Wien, Austria
  • 年月日: 2015-06-23
  • 国際学会
• [学会発表] シロイヌナズナ根毛におけるCa2+結合タンパク質PCaP2とホスファチジルイノシトール-4,5二リン酸の細胞内動態. (2015)
  • 著者名/発表者名: 加藤真理子、柘植知彦、前島正義、青山卓史
  • 学会等名: 日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京農業大学
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] ピロリン酸代謝関連酵素の機能欠失がピロリン酸濃度と生育に与える影響. (2015)
  • 著者名/発表者名: 福田茉由、瀬上紹嗣、郡司玄、Ali Ferjani、前島正義
  • 学会等名: 日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京農業大学
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] The H+-pyrophosphatase is necessary for normal growth of Arabidopsis thaliana. (2015)
  • 著者名/発表者名: 浅岡真理子、瀬上紹嗣、Ali Ferjani, 前島正義
  • 学会等名: 日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京農業大学
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] PPi opposes gluconeogenesis progression during oilseed mobilization in Arabidopsis. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ferjani, A., Kawade, K.. Oikawa, A., Asaoka, Takahashi, K., Ishida, M., Maeshima, M., Yokota-Hirai, M., Saito, K. and Tsukaya, H.
  • 学会等名: 日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京農業大学
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] 根毛伸長時におけるシロイヌナズナCa2+結合タンパク質PCaP2とホスファチジルイノシトール-4,5二リン酸の細胞内動態. (2014)
  • 著者名/発表者名: 加藤真理子、前島正義、青山卓史
  • 学会等名: 植物脂質科学研究会シンポジウム
  • 発表場所: 静岡市産学交流センター
  • 年月日: 2014-11-28 – 2014-11-29
• [学会発表] GFP二量体化による人為的な膜の接着と単量体化によって見えた真の液胞構造. (2014)
  • 著者名/発表者名: 瀬上紹嗣、牧野沙知、三宅愛、浅岡真理子、前島正義
  • 学会等名: 日本分子生物学会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-25 – 2014-11-27
  • 招待講演
• [学会発表] 新規シグナル変換分子PCaP1は植物の水分屈性に関与している (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中奈月、高橋秀幸、前島正義
  • 学会等名: 日本生化学会大会
  • 発表場所: 京都国際会議場
  • 年月日: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [学会発表] リン酸欠乏時に発現上昇する根毛タンパク質RHPPの機能解析. (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中奈月、奥田祥平、Ferjani Ali、郡司玄、前島正義
  • 学会等名: 植物学会
  • 発表場所: 明治大学
  • 年月日: 2014-09-12 – 2014-09-14
• [学会発表] Characteristics of a root hair-less line of Arabidopsis thaliana under physiological stresses. (2014)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, N., Kato, M., Tomioka, R., Kurata, R., Fukao, Y., Aoyama, T., and Maeshima, M.
  • 学会等名: Plant Biology Europe FESPB/EPSO 2014 Congress
  • 発表場所: Doublin, Irland
  • 年月日: 2014-06-21 – 2014-06-27
• [学会発表] H+-pyrophosphatase is necessary for normal growth of Arabidopsis thaliana. (2014)
  • 著者名/発表者名: Asaoka, M., Segami, S., Sato, C., Ferjani, A. and Maeshima, M.
  • 学会等名: Plant Biology Europe FESPB/EPSO 2014 Congress
  • 発表場所: Doublin, Irland
  • 年月日: 2014-06-21 – 2014-06-27
• [図書] Signaling and Communication in Plants, Vol. 22 (2014)
  • 著者名/発表者名: Song, W.Y., Park J., Eisenach, C., Maeshima, M., Lee, Y., and Martinoia, E.
  • 総ページ数: 331
  • 出版者: Springer-Verlag
• [備考] 細胞ダイナミクス研究室
  • URL: http://celld.agr.nagoya-u.ac.jp/index.html