維管束を介したサイトカイニン情報の長距離伝播の仕組みと役割

• 研究領域: 植物の成長可塑性を支える環境認識と記憶の自律分散型統御システム
• 研究課題/領域番号: 16H01477
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 木羽 隆敏 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 研究員 (20532097)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 10,530千円 (直接経費: 8,100千円、間接経費: 2,430千円); 2017年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2016年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
• キーワード: 長距離シグナリング / サイトカイニン / 道管 / ABCG14 / 長距離輸送 / 維管束

研究実績の概要

サイトカイニン（CK）は植物の成長・発達の様々な過程の制御に不可欠な植物ホルモンであり、局所シグナルとして作用するだけでなく、維管束を介して長距離輸送され、器官間（長距離）シグナルとしても重要な役割をもつ。本研究では、CKの長距離輸送を介した個体統御メカニズムの解明を目指し、（1）CKの維管束への積み込みの分子メカニズムと（2）CK長距離輸送の生理的役割の観点からアプローチした。特に根から地上部への道管を介した長距離輸送に注目した。
(1)ABCG14はCKの道管への積み込みに必須の因子であるが、基質特異性や輸送方向などの生化学的特性や機能組織など、詳しい働き方は分かっていない。我々はT87シロイヌナズナ培養細胞に誘導発現コンストラクトを導入した実験系を構築し、ABCG14がCK前駆体の排出に関わることを強く示唆する結果を得た。またabcg14背景でABCG14を組織特異的に発現する形質転換体を用いて表現型の回復を評価した結果、ABCG14が維管束で働くことが道管へのCK積み込みに重要であることが示唆された。ABCG14は維管束でCK前駆体を細胞外に排出することにより、道管へのCK積み込みを司ると考えられる。
(2)根から地上部への道管を介したtZ型CKの輸送は、地上部の正常な成長・発達に欠かせない。道管液中の主要なCK分子種は前駆体tZRと活性型tZであるが、それらの生理的役割については不明であった。我々は、CK輸送・代謝系の変異体と接ぎ木を組み合わせることにより、tZRとtZの輸送の影響を区別して評価できる実験系を構築した。それにより、根由来のtZRとtZは異なった生理作用を持つことを明らかにし、論文化した。このようなCK分子種の使い分けは、環境変化に応じた個体統御システムを構成する重要なメカニズムの1つであると考えられる。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] POSTECH(韓国)
• [国際共同研究] University of Zurich(スイス)
• [雑誌論文] A NIGT1-centred transcriptional cascade regulates nitrate signalling and incorporates phosphorus starvation signals in Arabidopsis (2018)
  • 著者名/発表者名: Maeda Yoshie、Konishi Mineko、Kiba Takatoshi、Sakuraba Yasuhito、Sawaki Naoya、Kurai Tomohiro、Ueda Yoshiaki、Sakakibara Hitoshi、Yanagisawa Shuichi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 号: 1 ページ: 1-14
  • DOI: 10.1038/s41467-018-03832-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Systemic transport of trans-zeatin and its precursor have differing roles in Arabidopsis shoots (2017)
  • 著者名/発表者名: Osugi Asami、Kojima Mikiko、Takebayashi Yumiko、Ueda Nanae、Kiba Takatoshi、Sakakibara Hitoshi
  • 雑誌名: Nature Plants 巻: 3 号: 8 ページ: 17112-17112
  • DOI: 10.1038/nplants.2017.112
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inter-species hormonal control of host root morphology by parasitic plants. (2017)
  • 著者名/発表者名: Spallek, T., Melnyk, C.W., Wakatake, T., Zhang, J., Sakamoto, Y., Kiba, T., Yoshida, S., Matsunaga, S., Sakakibara, H., *Shirasu, K.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 巻: 印刷中 号: 20 ページ: 5283-5288
  • DOI: 10.1073/pnas.1619078114
  • 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] Kinetics of the LOV domain of ZEITLUPE determine its circadian function in Arabidopsis (2017)
  • 著者名/発表者名: Pudasaini Ashutosh、Shim Jae Sung、Song Young Hun、Shi Hua、Kiba Takatoshi、Somers David E、Imaizumi Takato、Zoltowski Brian D
  • 雑誌名: eLife 巻: 6 ページ: 1-27
  • DOI: 10.7554/elife.21646
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Improvement of Arabidopsis biomass and cold-, drought-, and salinity-stress tolerance by modified circadian clock-associated PSEUDO-RESPONSE REGULATORs. (2016)
  • 著者名/発表者名: Nakamichi N, Takao S, Kudo T, Kiba T, Wang Y, Kinoshita T, Sakakibara H
  • 雑誌名: Plant & Cell Physiology 巻: in press 号: 5 ページ: 1085-1097
  • DOI: 10.1093/pcp/pcw057
  • NAID: 120005898470
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] サイトカイニンの生合成と輸送 (2016)
  • 著者名/発表者名: 木羽隆敏, 榊原均
  • 雑誌名: 植物の生長調節 巻: 51 号: 1 ページ: 24-29
  • DOI: 10.18978/jscrp.51.1_24
  • NAID: 130005394578
  • ISSN: 1346-5406, 2189-6305
• [雑誌論文] C4モデル植物Staria viridisの研究ツールの整備 (2016)
  • 著者名/発表者名: 榊原均, 木羽隆敏
  • 雑誌名: 植物科学の最前線（BSJ-Review） 巻: 7 ページ: 42-46
• [雑誌論文] Plant nitrogen acquisition under low availability: regulation of uptake and root architecture (2016)
  • 著者名/発表者名: Takatoshi Kiba and Anne Krapp
  • 雑誌名: Plant Cell Physiology 巻: 57 号: 4 ページ: 707-714
  • DOI: 10.1093/pcp/pcw052
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Structural Variations of Long-Distance Translocated Cytokinins Control the Specificity of the Action in Shoot Growth and Development (2017)
  • 著者名/発表者名: Takatoshi Kiba
  • 学会等名: XIX International Botanical Congress
  • 国際学会
• [学会発表] Regulation of nitrogen acquisition under low availability (2017)
  • 著者名/発表者名: Takatoshi Kiba
  • 学会等名: Bilateral Closure Symposium of GDRI Integrative Plant Biology Network Program
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 窒素栄養不足環境での生存戦略-吸収の効率化と制御のメカニズム-, (2017)
  • 著者名/発表者名: 木羽隆敏
  • 学会等名: 第58回日本植物生理学会年会シンポジウム-植物の栄養研究の新局面-
  • 発表場所: 鹿児島大学・鹿児島県
• [学会発表] Sugar-induced de novo cytokinin biosynthesis enhances Arabidopsis growth in response to elevated carbon availability (2016)
  • 著者名/発表者名: Takatoshi Kiba, Mikiko Kojima, and Hitoshi Sakakibara
  • 学会等名: CSHasia conference on Latest Advances in Plant Development & Environmental Response
  • 発表場所: 淡路夢舞台国際会議場・兵庫県
  • 国際学会
• [学会発表] Carbon availability controls shoot growth through sugar-induced cytokinin biosynthesis and transport in Arabidopsis (2016)
  • 著者名/発表者名: Takatoshi Kiba, Mikiko Kojima, and Hitoshi Sakakibara
  • 学会等名: International Plant Growth Substances Association meeting
  • 発表場所: Toronto・CANADA
  • 国際学会
• [図書] Methods in Molecular Biology, Environmental Responses in Plants (2016)
  • 著者名/発表者名: Takatoshi Kiba and Rossana Henriques
  • 総ページ数: 12
  • 出版者: Springer
• [備考]
  • URL: http://pps.riken.jp/