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葉緑体を基軸とするオルガネラ・ゾーンの形成因子と機能実証

公募研究

研究領域細胞機能を司るオルガネラ・ゾーンの解読
研究課題/領域番号 20H04916
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

泉 正範  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, 上級研究員 (80714956)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
2021年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2020年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
キーワード植物 / オルガネラ / 葉緑体 / 核 / オートファジー
研究開始時の研究の概要

葉緑体は、植物細胞内で光合成を担う小器官(オルガネラ)であり、光合成反応による二酸化炭素の同化、食糧生産を支えている。一方、近年の細胞生物学分野では、オルガネラの一部が特殊な機能領域(応答ゾーン)を形成する現象や、異なるオルガネラ同士が相互に作用しあう領域(連携ゾーン)の存在が見出された。我々は、葉緑体がそのようなオルガネラゾーンを形成する現象を発見しており、本研究では、その形成機構と生理機能を解き明かすことを目指す。

研究実績の概要

植物細胞内で光合成を担うオルガネラである葉緑体が関わるオルガネラゾーン(応答ゾーン、連携ゾーン)を対象に、その形成因子の同定と生理機能実証を目指す本計画において、R3年度は以下のような進展があった。
前年度に、光ストレス時にオートファジー膜因子と結合する因子として質量分析により同定した、「葉緑体の全分解を誘導するゾーン形成因子候補」について、その遺伝子欠損株をストックセンターから取り寄せ、全分解活性への影響を調査した。しかし、調査を終えた2種の遺伝子の変異株では、葉緑体の全分解活性の低下は見られなかったことから、これら遺伝子は単独で葉緑体の全分解ゾーン形成に必須とはならないことが示された。また同様の質量分析を、暗処理による飢餓時の葉を用いて行うことで同定した「葉緑体の部分分解を誘導するゾーン形成因子候補」については、特に膜の湾曲・切り離しに関わる可能性がある遺伝子について詳細な解析を行い、飢餓時に遺伝子発現が上昇すること、蛍光タンパク質ラベルした当該タンパク質が飢餓時に液胞に移行することを明らかにした。本遺伝子はシロイヌナズナにおいて3種のホモログ遺伝子が存在したことから、ストックセンターから取り寄せたT-DNA挿入変異株とゲノム編集技術をもちいて、一重、二重変異株系統を作出した。さらに、葉緑体関連構造の可視化をより高速に行うこと、葉緑体-核連携ゾーンを含む未知のゾーン因子を同定すること、を目指し、オルガネラゾーン解析技術の高度化にも取り組んだ。そのうちの生化学アプローチとして、前年度までに作出した近接依存ビオチン標識のためのコンストラクト発現植物を用い、ビオチン化されるタンパク質の精製・質量分析による同定を行うことを可能にした。葉緑体包膜に近接する未知のゾーン構成因子候補として、本解析において濃縮される葉緑体以外のオルガネラ局在タンパク質を複数検出することに成功した。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 1件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (3件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Development of 1,8-naphthalimide dyes for rapid imaging of subcellular compartments in plants2022

    • 著者名/発表者名
      Kusano Shuhei、Nakamura Sakuya、Izumi Masanori、Hagihara Shinya
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 58 号: 11 ページ: 1685-1688

    • DOI

      10.1039/d1cc05798g

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mitophagy in plants2021

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Sakuya、Hagihara Shinya、Izumi Masanori
    • 雑誌名

      Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects

      巻: 1865 号: 8 ページ: 129916-129916

    • DOI

      10.1016/j.bbagen.2021.129916

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 葉緑体オートファジーの研究展開:植物を超えた議論の発展を目指して2021

    • 著者名/発表者名
      中村咲耶、泉正範
    • 雑誌名

      植物科学の最前線

      巻: 12 号: A ページ: 68-77

    • DOI

      10.24480/bsj-review.12a8.00201

    • ISSN
      2432-9819
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Autophagy Contributes to the Quality Control of Leaf Mitochondria2020

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Sakuya、Hagihara Shinya、Otomo Kohei、Ishida Hiroyuki、Hidema Jun、Nemoto Tomomi、Izumi Masanori
    • 雑誌名

      Plant and Cell Physiology

      巻: - 号: 2 ページ: 229-247

    • DOI

      10.1093/pcp/pcaa162

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Chlorophagy does not require PLANT U-BOX4-mediated ubiquitination2020

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Sakuya、Izumi Masanori
    • 雑誌名

      Plant Signaling & Behavior

      巻: 16 号: 3 ページ: 1861769-1861769

    • DOI

      10.1080/15592324.2020.1861769

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] RCB-mediated chlorophagy caused by oversupply of nitrogen suppresses phosphate-starvation stress in plants2020

    • 著者名/発表者名
      Yoshitake Yushi、Nakamura Sakuya、Shinozaki Daiki、Izumi Masanori、Yoshimoto Kohki、Ohta Hiroyuki、Shimojima Mie
    • 雑誌名

      Plant Physiology

      巻: 185 ページ: 318-330

    • DOI

      10.1093/plphys/kiaa030

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Chloroplast Autophagy and Ubiquitination Combine to Manage Oxidative Damage and Starvation Responses2020

    • 著者名/発表者名
      Kikuchi Yuta、Nakamura Sakuya、Woodson Jesse D.、Ishida Hiroyuki、Ling Qihua、Hidema Jun、Jarvis R. Paul、Hagihara Shinya、Izumi Masanori
    • 雑誌名

      Plant Physiology

      巻: 183 号: 4 ページ: 1531-1544

    • DOI

      10.1104/pp.20.00237

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] シロイヌナズナ葉においてミトコンドリアの品質管理を担うマイトファジーの解析2021

    • 著者名/発表者名
      中村咲耶,萩原伸也、大友康平,石田宏幸,日出間純,根本知己,泉正範
    • 学会等名
      日本植物生理学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 葉緑体が関わるオルガネラ・ゾーン形成2021

    • 著者名/発表者名
      泉正範
    • 学会等名
      第23回植物オルガネラワークショップ
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 葉緑体分解から読み解く普遍的な膜形態制御機構2020

    • 著者名/発表者名
      泉正範、中村咲耶
    • 学会等名
      日本植物学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2022-12-28  

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