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不規則な温度環境変化に対する時計システムのリジリエンス機構

公募研究

研究領域不均一環境変動に対する植物のレジリエンスを支える多層的情報統御の分子機構
研究課題/領域番号 21H05656
研究種目

学術変革領域研究(A)

配分区分補助金
審査区分 学術変革領域研究区分(Ⅲ)
研究機関名古屋大学

研究代表者

中道 範人  名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (90513440)

研究期間 (年度) 2021-09-10 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円)
2022年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2021年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
キーワード植物 / 概日時計 / 温度補償性 / 温度環境 / 時計 / リジリエンス / 周期 / タンパク質 / ユビキチン修飾
研究開始時の研究の概要

概日時計は約24時間周期長の振動子であり, 様々な生理現象の発現する時刻を統御することで, 植物が昼夜の環境変化に適応することに寄与している. 時計の重要な性質の1つに光環境変化や内的な代謝変化に対しても時計周期は抵抗性を示すものが知られている. この抵抗性は「天候・季節の変化や木漏れ日等によって局所的(不均一)かつ不規則に変化する光や温度への植物のレジリエンスの一環」として捉えられよう. 本研究は, 新たに見出している時計タンパク質の温度依存的な制御を中心に, 不規則に変化する温度環境の変化に対する植物時計のレジリエンスのしくみの理解を目指す.

研究実績の概要

時計の重要な性質の1つに「周期の温度補償性」とよばれる環境の温度変化への抵抗性が知られており、これは刻々と変化する環境下でも一定の時計進行スピードを保つ意義がある。一般に温度が高くなれば化学反応の速度は速くなることが、「アレニウスの式」によって示されている。時計の周期の温度補償性は、アレニウスの式から逸脱した反応であり、その謎は現在も多分野の科学者の興味を引きつけている学術的にも重要な課題だ。
私たちは温度補償性のメカニズムの解明を目指して、周期変異体セットの形質を解析したところ、prr5 toc1 二重変異株が極めて損なわれた温度補償性の形質を示すことを見出した。これは、PRR5と TOC1の機能が温度に依存することを暗示していたが、実際に低温でPRR5とTOC1タンパク質量が減少することを見出した。この減少に先立って、PRR5とTOC1はポリユビキチン修飾を受けていた。PRR5とTOC1タンパク質の分解を担う主要なE3リガーゼはZTLであるが、ztl変異体においても低温でのPRR5とTOC1の分解は滞っていなかった。またztl変異体の温度補償性は、野生型のものと同等であったため、ZTLは温度補償性制御に関わらないと考えられる。低温依存的なPRR5とTOC1の分解制御機構を解明するために、低温依存的な相互作用因子の探索を質量分析で行なったところ、新たなE3リガーゼが見出された。このE3リガーゼを欠損した株では、低温依存的なPRR5とTOC1のユビキチン化および分解が滞っていた。
以上、温度補償性に関わる新たな分子メカニズム「低温依存的な時計のブレーキ因子の分解」を明らかにすることができた。

現在までの達成度 (段落)

令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件)

  • [国際共同研究] University of Southern California(米国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Chemical biology to dissect molecular mechanisms underlying plant circadian clocks2022

    • 著者名/発表者名
      Nakamichi Norihito、Yamaguchi Junichiro、Sato Ayato、Fujimoto Kazuhiro J.、Ota Eisuke
    • 雑誌名

      New Phytologist

      巻: 235 号: 4 ページ: 1336-1343

    • DOI

      10.1111/nph.18298

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Plant clock modifications for adapting flowering time to local environments2022

    • 著者名/発表者名
      Maeda Akari E、Nakamichi Norihito
    • 雑誌名

      Plant Physiology

      巻: in press 号: 2 ページ: 952-967

    • DOI

      10.1093/plphys/kiac107

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Structure?Function Study of a Novel Inhibitor of Cyclin-Dependent Kinase C in Arabidopsis2022

    • 著者名/発表者名
      Saito Ami N、Maeda Akari E、Takahara Tomoaki T、Matsuo Hiromi、Nishina Michiya、Ono Azusa、Shiratake Katsuhiro、Notaguchi Michitaka、Yanai Takeshi、Kinoshita Toshinori、Ota Eisuke、Fujimoto Kazuhiro J、Yamaguchi Junichiro、Nakamichi Norihito
    • 雑誌名

      Plant and Cell Physiology

      巻: 63 号: 11 ページ: 1720-1728

    • DOI

      10.1093/pcp/pcac127

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Epidermal CCA1 and PMR5 contribute to nonhost resistance in Arabidopsis2022

    • 著者名/発表者名
      1.Nami Maeda, Takaya Noguchi, Norihito Nakamichi, Takamasa Suzuki and Atsushi Ishikawa
    • 雑誌名

      Biosci. Biotechnol. Biochem.

      巻: 86 号: 12 ページ: 1623-1630

    • DOI

      10.1093/bbb/zbac160

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Phosphorylation of RNA Polymerase II by CDKC;2 Maintains the Arabidopsis Circadian Clock Period2022

    • 著者名/発表者名
      Uehara Takahiro N、Nonoyama Takashi、Taki Kyomi、Kuwata Keiko、Sato Ayato、Fujimoto Kazuhiro J、Hirota Tsuyoshi、Matsuo Hiromi、Maeda Akari E、Ono Azusa、Takahara Tomoaki T、Tsutsui Hiroki、Suzuki Takamasa、Yanai Takeshi、Kay Steve A、Itami Kenichiro、Kinoshita Toshinori、Yamaguchi Junichiro、Nakamichi Norihito
    • 雑誌名

      Plant and Cell Physiology

      巻: 63 号: 4 ページ: 450-462

    • DOI

      10.1093/pcp/pcac011

    • 関連する報告書
      2021 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] The molecular mechanism of temperature compensation in Arabidopsis2023

    • 著者名/発表者名
      Akari Maeda, Hiromi Matsuo, Yoshikatsu Matsubayashi, Toshinori Kinoshita, Norihito Nakamichi
    • 学会等名
      第64回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Synthetic small molecules modulating plant circadian clock2022

    • 著者名/発表者名
      Norihito Nakamichi
    • 学会等名
      Society for Research on Biological Rhythms 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] PRR5とTOC1はシロイヌナズナ概日時計の温度補償性に関わる2022

    • 著者名/発表者名
      前田明里、松尾宏美、松林嘉克、木下俊則、中道範人
    • 学会等名
      第29回日本時間生物学会学術大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 植物時計のE3リガーゼZTLの解析2022

    • 著者名/発表者名
      谷川陽奈子、松尾宏美、前田明里、中道範人
    • 学会等名
      第29回日本時間生物学会学術大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Analysis of plant clock transcription factor PRR72022

    • 著者名/発表者名
      山中佐和子、松尾宏美、中道範人
    • 学会等名
      第29回日本時間生物学会学術大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 時計長周期化化合物と標的タンパクの結合モデル2022

    • 著者名/発表者名
      前田明里、松尾宏美、藤本和宏、木下俊則、山口潤一郎、中道範人
    • 学会等名
      第63回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 植物概日時計の温度補償性に関わるタンパク質の量的制御メカニズムの解析2022

    • 著者名/発表者名
      前田明里、松尾宏美、木下俊則、中道範人
    • 学会等名
      第63回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Small-molecule modulators of the plant clock2021

    • 著者名/発表者名
      Norihito Nakamichi
    • 学会等名
      5th Asia Forum on Chronobiology
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] シロイヌナズナの概日時計における周期の温度補償性に関わるタンパク質の量的制御2021

    • 著者名/発表者名
      前田明里、松尾宏美、木下俊則、中道範人
    • 学会等名
      第28回日本時間生物学会学術大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2021-10-22   更新日: 2023-12-25  

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