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重金属超集積植物における金属タンパク質/金属輸送タンパク質の適応的分子進化の解明

公募研究

研究領域「生命金属科学」分野の創成による生体内金属動態の統合的研究
研究課題/領域番号 22H04815
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 複合領域
研究機関佐賀大学

研究代表者

西田 翔  佐賀大学, 農学部, 准教授 (40647781)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2023年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2022年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
キーワード金属トランスポーター / 金属タンパク質 / 超集積植物 / 重金属超集積植物
研究開始時の研究の概要

ZnやNiといった重金属は生命維持において必須や役割を担う一方で、許容濃度を超えると毒性を発揮する。しかし、鉱山などの重金属汚染土壌には重金属を超集積する植物種が自生することが知られており、これらの植物種は進化の過程で特殊な重金属集積/耐性能を獲得したと考えられている。本研究では、重金属超集積植物であるNoccaea属植物が独自に獲得した金属タンパク質あるいは金属輸送タンパク質における構造変化を生物情報学的解析により網羅的に同定し、その変化が重金属集積/耐性能に与える影響を解析することで、植物の金属環境適応における金属タンパク質・金属輸送タンパク質の分子進化を明らかにする。

研究実績の概要

本研究は重金属超集積植物であるNoccaea属植物をモデルとし、超集積植物が独自に獲得した金属トランスポーターにおける一次構造の変化を同定し、その変化が重金属集積性および耐性に与える影響を解析することで、植物の金属環境適応戦略における金属トランスポーターの分子進化を明らかにすることを目的とする。
1)昨年度までに、Ni吸収に関わるFe輸送トランスポーターIRT1が、高Ni適応種であるNoccaea japonicaにおいて極めて得意的な構造変異が生じていることを明らかにしてきた。今年度は、N. japonicaおよび近縁種より単離したIRT1の金属輸送試験を酵母を用いて実施した。その結果、N. japonica由来のIRT1は他種由来のIRT1と同様にFe輸送能を持つ一方で、Ni輸送能は他のIRT1よりも低いことが明らかとなった。これはN. japonicaが高Ni土壌に適応する過程で過度なNi吸収を抑制するために起きた分子進化であると予想された。今後はN. japonica由来のIRT1を利用した作物のNi集積低減技術への応用が期待される。
2)集積種のN. caerulescensとモデル植物のシロイヌナズナを対象に、全ゲノムでのスプライシングパターンの詳細な解析を進めた。その結果、約4000個の遺伝子においてシロイヌナズナと比較しN. caerulescensでRNAアイソフォームが増加していることが明らかとなり、さらにこの遺伝子群には金属輸送に関わる遺伝子が濃縮されていた。これは、スプライシングを介して金属輸送関連タンパク質の構造的多様性が拡大したことを示している。今後、これらのタンパク質の機能を明らかにすることで植物の重金属耐性や作物のミネラル栄養価強化につながることが期待できる。

現在までの達成度 (段落)

令和5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5年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 3件、 招待講演 4件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Wageningen University and Research(オランダ)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] Wageningen University and Research(オランダ)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Role of potassium-dependent alternative splicing of MYB59 in maintenance of potassium concentration in shoots of Arabidopsis thaliana2023

    • 著者名/発表者名
      Takuo Enomoto, Nobuhiro Tanaka, Toru Fujiwara, Sho Nishida
    • 雑誌名

      Plant and Cell Physiology

      巻: 64 号: 10 ページ: 1159-1166

    • DOI

      10.1093/pcp/pcad080

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Aberrant RNA splicing of the phytic acid synthesis gene <i>inositol-1,3,4 trisphosphate 5/6-kinase</i> in a low phytic acid soybean line2022

    • 著者名/発表者名
      Qin Dong、Nishida Sho、Tominaga Rumi、Ueda Akihiro、Raboy Victor、Saneoka Hirofumi
    • 雑誌名

      Soil Science and Plant Nutrition

      巻: 68 号: 5-6 ページ: 553-562

    • DOI

      10.1080/00380768.2022.2111191

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Ethylene works as a possible regulator for the rootlet elongation and transcription of genes for phosphorus acquisition in cluster roots of Lupinus albus L.2022

    • 著者名/発表者名
      Hirotsuna Yamada, Sho Nishida, Jun Wasaki
    • 雑誌名

      Soil Science and Plant Nutrition

      巻: - 号: 3 ページ: 1-10

    • DOI

      10.1080/00380768.2022.2050662

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 植物の低栄養耐性-3:植物の低カリウム耐性2022

    • 著者名/発表者名
      西田 翔
    • 雑誌名

      化学と生物

      巻: 60 ページ: 467-473

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 重金属超集積植物における重金属トランスポーターの適応的分子進化2024

    • 著者名/発表者名
      西田 翔
    • 学会等名
      第65回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Role of potassium-dependent alternative splicing of MYB59 in maintenance of potassium concentration in shoots of Arabidopsis thaliana2023

    • 著者名/発表者名
      Takuo Enomoto, Nobuhiro Tanaka, Toru Fujiwara, Sho Nishida
    • 学会等名
      The 33rd International Conference on Arabidopsis Research
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] シロイヌナズナにおけるMYB59の新規下流遺伝子の探索2023

    • 著者名/発表者名
      宮崎 琴子・榎本 拓央・Yelin Kang・Mark G. M. Aarts・西田 翔
    • 学会等名
      日本土壌肥料学会2023年度愛媛大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] ゲノムワイド関連解析によるシロイヌナズナ由来MYB59のスプライシング制御因子の探索2023

    • 著者名/発表者名
      吉丸 良太郎, 西田 翔
    • 学会等名
      日本土壌肥料学会2023年度愛媛大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] MYB59はシロイヌナズナの低カリウム条件における多様な応答を制御する2023

    • 著者名/発表者名
      宮崎 琴子, 榎本 拓央, Yelin Kang, Mark G. M. Aarts, 西田 翔
    • 学会等名
      第13回トランスポーター研究会九州部会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 不均一栄養環境における根の偏在的栄養輸送制御2023

    • 著者名/発表者名
      西田 翔, 榎本 拓央
    • 学会等名
      第13回トランスポーター研究会九州部会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 植物のRNAスプライシング調節を介した不均一環境におけるカリウムの効率的吸収2022

    • 著者名/発表者名
      西田翔
    • 学会等名
      日本農芸化学会2022年度西日本支部大会(西日本支部第342回講演会)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ニッケル超集積植物におけるニッケルトランスポーターの量的・質的な適応変化2022

    • 著者名/発表者名
      西田翔
    • 学会等名
      メタルバイオサイエンス研究会2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 重金属超集積植物の進化と選択的RNAスプライシングの関係2022

    • 著者名/発表者名
      西田翔
    • 学会等名
      第33回日本微量元素学会学術集会(BRTE-2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] シロイヌナズナ由来の転写因子MYB59の低カリウムに応答した活性化と生長への負の影響2022

    • 著者名/発表者名
      榎本拓央, 田中伸宏, 藤原徹, 西田翔
    • 学会等名
      日本土壌肥料学会2022年度東京大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Adaptive changes in expression and structure of Ni transporters in the Ni hyperaccumulator Noccaea japonica2022

    • 著者名/発表者名
      Sho Nishida, Takuo Enomoto, Junko Yoshida, Ryoji Tanikawa, Takafumi Mizuno, Naoki Furuta
    • 学会等名
      The 8th International Symposium on Metallomics
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Regulation of alternative splicing of MYB59 secures shoot K homeostasis under low K conditions in Arabidopsis thaliana2022

    • 著者名/発表者名
      Takuo Enomoto, Nobuhiro Tanaka, Toru Fujiwara, Sho Nishida
    • 学会等名
      The 8th International Symposium on Metallomics
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] 佐賀大学農学部植物栄養学分野

    • URL

      http://nishida.ag.saga-u.ac.jp/home.html

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書

URL: 

公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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