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: 18H04793
• 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: 名古屋大学
• 研究代表者: 木羽 隆敏 名古屋大学, 生命農学研究科, 准教授 (20532097)
• 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: 10,140千円 (直接経費: 7,800千円、間接経費: 2,340千円); 2019年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 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: サイトカイニン / 維管束 / 長距離シグナリング / 長距離輸送 / 器官間コミュニケーション / 道管

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る。CKは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）シグナルとしても働く。本年度は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理解を目指した研究を実施した。
(1) CKの道管への積み込みを司る因子ABCG14について、生化学的特性と機能組織の詳細な解析を進めた。生化学的特性の解析ではin vitro輸送アッセイ系の構築を行った。試行錯誤の結果、無細胞タンパク質発現系で発現したABCG14を埋め込んだ人工膜を用いるアッセイ系の構築に成功した。また機能組織の解析については、細胞種特異的にABCG14を発現させた形質転換体シリーズの確立を完了し、道管液のCK量や分子種の変化、地上部の成長などの解析を進めている。ABCG14は維管束内の特定の細胞から前駆体を排出することにより、CKの道管への積み込みを司ることを強く示唆する結果を得た。
(2) 地上部の炭素栄養条件に応じた個体成長統御に、CKの長距離輸送が関与することを明らかにして論文発表した（Sci. Rep. 2019）。また地上部から根へのCK情報の長距離伝搬のメカニズムとその生理的役割を明らかにするため、CK生合成関連変異体を用いて様々な組み合わせで接ぎ木を行った。接ぎ木植物のCK量や根の成長を評価した結果、地上部由来のCKには根の成長を抑制する働きがあることが示唆された。

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] POSTECH(韓国)
• [国際共同研究] POSTECH(韓国)
• [雑誌論文] Harnessing symbiotic plant-fungus interactions to unleash hidden forces from extreme plant ecosystems (2020)
  • 著者名/発表者名: Perez-Alonso M.M., Guerrero-Galan, C., Scholz, S.S., Kiba, T., Sakakibara, H., Ludwig-Muller, J., Krapp, A., Oelmuller, R., Vicente-Carbajosa, J., Pollmann, S.
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 巻: 54 号: 13 ページ: 137-142
  • DOI: 10.1093/jxb/eraa040
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Sugar-induced de novo cytokinin biosynthesis contributes to Arabidopsis growth under elevated CO2 (2019)
  • 著者名/発表者名: Kiba Takatoshi、Takebayashi Yumiko、Kojima Mikiko、Sakakibara Hitoshi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 7765-7765
  • DOI: 10.1038/s41598-019-44185-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genome sequence of Striga asiatica provides insight into the evolution of plant parasitism. (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshida S. et al.
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 29 号: 18 ページ: 3041-3052
  • DOI: 10.1016/j.cub.2019.07.086
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] An efficient DNA- and selectable-marker-free genome-editing system using zygotes in rice (2019)
  • 著者名/発表者名: Toda Erika、Koiso Narumi、Takebayashi Arika、Ichikawa Masako、Kiba Takatoshi、Osakabe Keishi、Osakabe Yuriko、Sakakibara Hitoshi、Kato Norio、Okamoto Takashi
  • 雑誌名: Nature Plants 巻: 5 号: 4 ページ: 363-368
  • DOI: 10.1038/s41477-019-0386-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Shoot nitrate underlies a perception of nitrogen satiety to trigger local and systemic signaling cascades in Arabidopsis thaliana. (2019)
  • 著者名/発表者名: Okamoto Y, Suzuki T, Sugiura D, Kiba T, Sakakibara H, Hachiya T.
  • 雑誌名: Soil science and plant nutrition 巻: 65 号: 1 ページ: 56-64
  • DOI: 10.1080/00380768.2018.1537643
  • NAID: 210000012050
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Repression of nitrogen-starvation responses by members of the Arabidopsis GARP-type transcription factor NIGT1/HRS1 subfamily. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kiba, T., Inaba, J., Kudo, T., Ueda, N., Konishi, M., Mitsuda, N, Takiguchi, Y., Kondou, Y., Yoshizumi, T., Ohme-Takagi, M., Matsui, M., Yano, K., Yanagisawa, S., and Sakakibara, H.
  • 雑誌名: Plant Cell 巻: 30 号: 4 ページ: 925-945
  • DOI: 10.1105/tpc.17.00810
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] International Symposium on Long-Distance Signaling in Plants (2018)
  • 著者名/発表者名: Kiba, T.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 59 号: 9 ページ: 1697-1699
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy151
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] SUPERMAN regulates floral whorl boundaries through control of auxin biosynthesis. (2018)
  • 著者名/発表者名: Xu, Y., Prunet, N., Gan, E-S., Wang, Y., Stewart, D., Wellmer, F., Huang, J., Yamaguchi, N., Tatsumi, Y., Kojima, M., Kiba, T., Sakakibara, H., Jack, T.P., Meyerowitz, E.M., Ito, T.
  • 雑誌名: EMBO Journal 巻: - 号: 11
  • DOI: 10.15252/embj.201797499
  • NAID: 120006478564
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Chromatin-mediated feed-forward auxin biosynthesis in floral meristem determinacy. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, N., Huang, J., Tatsumi, Y., Abe, M., Sugano, S. S., Kojima, M., Takebayashi, Y., Kiba, T., Yokoyama, R., Nishitani, K., Sakakibara, H., and Ito, T.
  • 雑誌名: Nature Commun. 巻: 9 号: 1 ページ: 5290-5290
  • DOI: 10.1038/s41467-018-07763-0
  • NAID: 120006549567
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Nitrogen starvation responses in plants (2019)
  • 著者名/発表者名: Takatoshi Kiba
  • 学会等名: The 3rd International Comference on Life Sciences and Biotechnology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Metabolomic and Transcriptomic Analysis of Metabolic Pathways Regulated by Nitrogen Starvation Response Regulator AtNIGT1s (2019)
  • 著者名/発表者名: Takatoshi Kiba, Hitoshi Sakakibara
  • 学会等名: The 4th International Symposium on the Nitrogen Nutrition of Plants
  • 国際学会
• [学会発表] A mechanism for xylem loading of cytokinin mediated by ABCG14 (2019)
  • 著者名/発表者名: Takatoshi Kiba, Hitoshi Sakakibara
  • 学会等名: The International Plant Growth Substances Association Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Mechanism of ABCG14-mediated root-to-shoot cytokinin transport (2019)
  • 著者名/発表者名: 橋本祐典、木羽隆敏、榊原均
  • 学会等名: Frontiers in plant environmental response research
  • 国際学会
• [学会発表] Screening for the novel cytokinin transporter (2019)
  • 著者名/発表者名: 浦上拓也、木羽隆敏、榊原均
  • 学会等名: Frontiers in plant environmental response research
  • 国際学会
• [学会発表] Regulation of nitrogen acquisition under low availability and beyond (2019)
  • 著者名/発表者名: Takatoshi Kiba
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Nitrogen starvation responses in Arabidopsis: transcriptional and metabolic regulations (2019)
  • 著者名/発表者名: Takatoshi Kiba
  • 学会等名: Japan-Taiwan Plant Biology 2019
  • 国際学会
• [学会発表] シロイヌナズナにおいてNIGT1転写因子群は窒素条件依存的にリンシグナルを正に調節する (2019)
  • 著者名/発表者名: 植田佳明，木羽隆敏，柳澤修一
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] イネ受精卵を用いたDNAおよび選抜マーカーフリーなゲノム編集技術の確立と他作物種への応用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 戸田絵梨香，古磯成美，Tety Maryenti，竹林有理佳，市川雅子，木羽隆敏，刑部敬史，刑部祐里子，榊原均，加藤紀夫，岡本龍史
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Mechanism of ABCG14-mediated root-to-shoot cytokinin transpor (2019)
  • 著者名/発表者名: 神谷麻友、稲葉ジュン、竹林裕美子、小嶋美紀子、木羽隆敏、榊原均
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 窒素飢餓応答制御とリン飢餓応答制御のクロストーク (2018)
  • 著者名/発表者名: 木羽隆敏
  • 学会等名: 日本植物学会第82回大会
• [備考] 名古屋大学 大学院生命農学研究科 植物情報分子研究室
  • URL: https://www.agr.nagoya-u.ac.jp/~ck/
• [備考] 名古屋大学生命農学研究科植物情報分子研究室
  • URL: https://www.agr.nagoya-u.ac.jp/~ck/