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植物乾燥ストレス応答のトランスオミクス解析

公募研究

研究領域代謝アダプテーションのトランスオミクス解析
研究課題/領域番号 18H04808
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

平井 優美  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 (90415274)

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 *注記
11,700千円 (直接経費: 9,000千円、間接経費: 2,700千円)
2019年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2018年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
キーワードゲノムスケールモデル / トランスクリプトーム / フラックスバランス解析 / シロイヌナズナ / 乾燥ストレス / トランスレートーム / メタボローム / 環境ストレス
研究実績の概要

シロイヌナズナのゲノムスケール代謝モデルを用いたフラックスバランス解析(FBA)により、乾燥ストレス下での代謝フラックスの分布を明らかにすることを目指した。ゲノムスケールのglobal modelとしてAraGEM(de Oliveira Dal’Molin et al. 2010)を用いた。これは、シロイヌナズナの1,601種の代謝反応からなるモデルで、1,737種の代謝産物を含んでいる。乾燥条件のトランスクリプトームデータを用いてglobal modelをトリミングし、乾燥ストレス特異的モデル(context-specific model)を構築することを着想した。Bechtold et al. (2016)で報告された乾燥条件のトランスクリプトームデータを用いて、Gene Inactivity Moderated by Metabolism and Expression(GIMME、Becker and Palsson, 2008)というアルゴリズムでトリミングを行ない、乾燥モデルを得た。同様に、通常条件(コントロール)のトランスクリプトームデータを用いてコントロールモデルを得た。FBAにおける目的関数をバイオマス生産速度として、これを最大化するよう計算を行ない、乾燥、コントロール両条件でのフラックス分布を推定した。GIMMEによるトリミングの際にトランスクリプトームデータの閾値を適切に設定することで、バイオマス生産速度の経時的変化パターンを、Bechtold et al. (2016)で報告された生重量増加速度の経時的変化パターンと一致させることができた。生重量増加速度を指標としたコントロールモデルと乾燥モデルの比較から、glutamate dehydrognaseの反応が乾燥ストレス下での成長に重要で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。

報告書

(2件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (6件)

すべて 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (4件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Drought Stress Responses in Context-Specific Genome-Scale Metabolic Models of Arabidopsis thaliana2020

    • 著者名/発表者名
      Siriwach Ratklao、Matsuda Fumio、Yano Kentaro、Hirai Masami Yokota
    • 雑誌名

      Metabolites

      巻: 10 号: 4 ページ: 159-159

    • DOI

      10.3390/metabo10040159

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Using metabolome data for mathematical modeling of plant metabolic systems2018

    • 著者名/発表者名
      Hirai Masami Yokota、Shiraishi Fumihide
    • 雑誌名

      Current Opinion in Biotechnology

      巻: 54 ページ: 138-144

    • DOI

      10.1016/j.copbio.2018.08.005

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Genome-scale mathematical modeling for understanding of plant metabolism2020

    • 著者名/発表者名
      Ratklao Siriwach, Kentaro Yano, Masami Yokota Hirai
    • 学会等名
      日本植物学会第84回大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Trans-omics analysis of plant responses to drought stress2019

    • 著者名/発表者名
      Masami Yokota Hirai, Ratklao Siriwach, Fumio Matsuda, Kentaro Yano
    • 学会等名
      第92回日本生化学会大会 シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] In silico flux analysis using context-specific, genome-scale metabolic network models of Arabidopsis leaves responding to drought stress2019

    • 著者名/発表者名
      Ratklao Siriwach, Fumio Matsuda, Kentaro Yano, Masami Yokota Hirai
    • 学会等名
      第61回日本植物生理学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Context-specific genome-scale metabolic models of Arabidopsis thaliana responses to drought stress2019

    • 著者名/発表者名
      Ratklao Siriwach, Fumio Matsuda, Kentaro Yano, Masami Yokota Hirai
    • 学会等名
      第37回日本植物細胞分子生物学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2021-12-27  

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