植物の高温・低温ストレス適応におけるRNA顆粒を介した転写後制御機構の解析

• 研究領域: 温度を基軸とした生命現象の統合的理解
• 研究課題/領域番号: 18H04705
• 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
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 関 原明 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, チームリーダー (80281624)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 10,270千円 (直接経費: 7,900千円、間接経費: 2,370千円); 2019年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2018年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
• キーワード: 植物の環境ストレス適応 / 高温ストレス / 低温ストレス / ストレス顆粒 / RNA制御

研究実績の概要

シロイヌナズナを用いて高温・低温などの温度ストレス適応におけるプロセッシングボディ(PB)やストレス顆粒(SG)などのRNA顆粒によるmRNAの分解や一時保存制御機構の解析を行い、以下の研究実績が得られた。PBの構成因子であるXRN4の欠損変異体は高温・低温ストレス耐性を示す。その原因遺伝子を特定するために、遺伝子発現解析・分解速度解析を用いて、温度ストレス応答時におけるXRN4のターゲットを検索した。その結果、XRN4は高温ストレス時にはHeat shock factor A2 (HSFA2)、低温ストレス時にはMyeloblastosis transcription factor (MYB TF)をターゲットとしていることが明らかとなり、分解制御を通してmRNAの発現量を調節し、温度ストレスに適応していることが示唆された。一方、SGの因子であるUBP1bは過剰発現させることで高温耐性を示す。遺伝子発現解析・分解速度解析から、原因遺伝子の候補を複数見出した。これらの遺伝子がUBP1bの直接のターゲットであるかRNA免疫沈降(RIP)により確認した。RIP法は、国際共同研究によりJulia Bailey-Serres教授(カリフォルニア大、Riverside校)らから習得し、新しく確立した。その結果、UBP1bに直接結合するターゲットは、DNAJ heat shock protein（DNAJ HSP）、Stress-associated protein （SAP）であることが明らかとなり、これらのmRNAの一時保存制御を介して翻訳のタイミングを調節し、高温ストレスに適応していることが示唆された。以上より、植物の温度ストレス応答・適応には、RNA顆粒によるmRNAの転写後調節・翻訳制御が重要であることが示された。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元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] カリフォルニア大、Riverside校(米国)
• [国際共同研究] カリフォルニア大、Riverside校(米国)
• [雑誌論文] The dynamic kaleidoscope of RNAs in plants (2020)
  • 著者名/発表者名: Bailey-Serres, J., Zhai, J. and Seki, M.
  • 雑誌名: Plant Physiol. 巻: 182 号: 1 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1104/pp.19.01558
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Histone modifications form epigenetic regulatory networks to regulate abiotic stress response (2020)
  • 著者名/発表者名: Ueda, M. and Seki, M.
  • 雑誌名: Plant Physiol. 巻: 182 号: 1 ページ: 15-26
  • DOI: 10.1104/pp.19.00988
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transcriptome analysis of the hierarchical response of HDAC proteins that respond in an antagonistic manner to salinity stress. (2019)
  • 著者名/発表者名: Ueda, M., Matsui, A., Watanabe, S., Kobayashi, M., Saito, K., Tanaka, M., Ishida, J., Kusano, M., Seo, M. and Seki, M.
  • 雑誌名: Front. Plant Sci. 巻: 10 ページ: 1323-1323
  • DOI: 10.3389/fpls.2019.01323
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] RNA-Mediated Plant Behavior (2019)
  • 著者名/発表者名: Ohtani Misato、Kurihara Yukio、Seki Motoaki、Crespi Martin
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 60 号: 9 ページ: 1893-1896
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz168
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Recent advances in the characterization of plant transcriptomes in response to drought, salinity, heat and cold stress (2019)
  • 著者名/発表者名: Bashir, K., Matsui, A., Rasheed, S. and Seki, M.
  • 雑誌名: F1000 Faculty Reviews 巻: Rev-658 ページ: 658-658
  • DOI: 10.12688/f1000research.18424.1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Biological function of changes in RNA metabolism in plant adaptation to abiotic stress (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsui, A., Nakaminami, K. and Seki, M.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 60 号: 9 ページ: 1897-1905
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz068
  • 査読あり
• [雑誌論文] The involvement of long non-coding RNAs in response to plant stress (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsui, A.* and Seki, M.*
  • 雑誌名: Methods in Molecular Biology 巻: 1933 ページ: 151-171
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-9045-0_8
  • ISBN: 9781493990443, 9781493990450
  • 査読あり
• [雑誌論文] RNA Regulation in Plant Cold Stress Response (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakaminami Kentaro、Seki Motoaki
  • 雑誌名: Adv Exp Med Biol 巻: 1081 ページ: 23-44
  • DOI: 10.1007/978-981-13-1244-1_2
  • ISBN: 9789811312434, 9789811312441
  • 査読あり
• [雑誌論文] AtPep3 is a hormone-like peptide that plays a role in the salinity stress tolerance of plants (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakaminami Kentaro、Okamoto Masanori、Higuchi-Takeuchi Mieko、Yoshizumi Takeshi、Yamaguchi Yube、Fukao Yoichiro、Shimizu Minami、Ohashi Chihiro、Tanaka Maho、Matsui Minami、Shinozaki Kazuo、Seki Motoaki、Hanada Kousuke
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 115 号: 22 ページ: 5810-5815
  • DOI: 10.1073/pnas.1719491115
  • 査読あり
• [雑誌論文] The modulation of acetic acid pathway genes in Arabidopsis produces drought-stress tolerant plants. (2018)
  • 著者名/発表者名: Rasheed, S.#, Bashir, K.#, Kim, J.M., Ando, M., Tanaka, M. and Seki, M.
  • 雑誌名: Scientific Rep. 巻: 8 号: 1 ページ: 7831-7831
  • DOI: 10.1038/s41598-018-26103-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Versatility of HDA19-deficiency for increasing tolerance to environmental stresses in Arabidopsis. (2018)
  • 著者名/発表者名: Ueda, M., Matsui, A., Nakamura, T., Abe, T., Sunaoshi, Y., Shimada, H. and Seki, M.
  • 雑誌名: Plant Signal. Behav. 巻: 13 ページ: 1-4
  • DOI: 10.1080/15592324.2018.1475808
  • 査読あり
• [雑誌論文] The duration of ethanol-induced high-salinity stress tolerance in Arabidopsis thaliana (2018)
  • 著者名/発表者名: Sako Kaori、Sunaoshi Yuji、Tanaka Maho、Matsui Akihiro、Seki Motoaki
  • 雑誌名: Plant Signaling & Behavior 巻: 13 ページ: 1-3
  • DOI: 10.1080/15592324.2018.1500065
  • 査読あり
• [学会発表] Drought Resistant Plants and Growing Crops in the Desert (2020)
  • 著者名/発表者名: Seki, M.
  • 学会等名: The Scientific Session “Food of the Future: Developing New, Sustainable, and Healthy Sources”, The 2020 American Association for the Advancement of Science (AAAS) Annual Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Novel chemical regulation in plant abiotic stress adaptation and tolerance (2019)
  • 著者名/発表者名: Seki, M.
  • 学会等名: ICAR2019 Workshop “Plants Contribute to SDGs”, The 30th ICAR (ICAR2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 植物の温度ストレス適応における転写後またはエピジェネティック制御機構の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 関原明、松井章浩、田中真帆、石田順子、上田実、砂押裕司、Thi Cam Chau Nguyen、Anh Hai Nguyen、中南健太郎
  • 学会等名: 第19回日本蛋白質科学会年会・第71回日本細胞生物学会大会 合同年次大会共催シンポジウム“温度生物学：温度センシングと細胞機能”
  • 招待講演
• [学会発表] Novel chemical and epigenome regulation in plant abiotic stress adaptation (2019)
  • 著者名/発表者名: Seki, M.
  • 学会等名: Concurrent Session “Abiotic Interactions”, The 23rd International Plant Growth Substances Conference (IPGSA)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 化学・ペプチド制御による植物の環境ストレス適応力強化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 関原明
  • 学会等名: 日本バイオスティミュラント協議会 第2回講演会
  • 招待講演
• [学会発表] Novel epigenetic, chemical and RNA regulation in plant abiotic stress adaptation (2019)
  • 著者名/発表者名: Seki, M.
  • 学会等名: Workshop on "Plant Responses to Abiotic Stresses and Enbiromnental Signals" (Second Series), China Agricultural Univ.
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Epigenome and non-coding antisense RNA regulation in plant abiotic stress adaptation (2019)
  • 著者名/発表者名: Seki, M.
  • 学会等名: The 3rd meeting of the Plant Epigenetics Consortium in Japan
  • 招待講演
• [学会発表] Novel Epigenetic, RNA and Peptide Regulation in Plant Abiotic Stress Adaptation (2018)
  • 著者名/発表者名: Seki, M.
  • 学会等名: Seminar at Institute of Network Biology (INET), Helmholtz Zentrum Munchen
  • 招待講演
• [学会発表] Novel Epigenetic and RNA Regulation in Plant Abiotic Stress Adaptation (2018)
  • 著者名/発表者名: Seki, M.
  • 学会等名: The 5th International Conference “Plant Abiotic Stress Tolerance”, Vienna International Science Conferences and Events Association (VISCEA)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Molecular mechanisms of drought tolerance (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsui, A., Bashir, K., Ueda, M., Kim, J.M., Nguyen, H.M., Sako, K., Sunaoshi, Y., Rasheed, S., Nakaminami, K., Ishida, J., Tanaka, M. and Seki, M.
  • 学会等名: FEBS Workshop 2018 - Resurrection plants: Hope for crop drought tolerance (ReHOPE)
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 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植物ゲノム発現研究チームホームページ
  • URL: http://www.csrs.riken.jp/jp/labs/pgnrt/index.html