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光環境レジリエンスを支えるフォトトロピンの情報統御とプロテオーム多様化機構

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 23H04202
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)
研究機関山口大学

研究代表者

武宮 淳史  山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (80448406)

研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
2024年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2023年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
キーワード気孔開口 / 青色光 / フォトトロピン / 光合成 / 紫外線
研究開始時の研究の概要

太陽から地上に降り注ぐ光は、一日のうちでゆらぎを伴い刻一刻と変化する。このような不均一・不規則な光環境に適応するため、植物は紫外線から可視光領域に至る多様な光質を感知する光受容体群を備えるとともに、光合成の活動変動をシグナルとして利用し、これらの情報を統合することで、光合成機能や成長を最適化する。本研究では、このような光環境情報の統御機構に焦点をあて、青色光受容体フォトトロピンを中心とした光受容体・光合成シグナリングのクロストーク機構を解明する。また、光受容体キナーゼであるフォトトロピンが光情報を化学情報へと変換し、プロテオームを多様化させる分子機構の解明を目指す。

研究実績の概要

本研究では、光環境情報の統御機構に焦点をあて、光合成とフォトトロピンを介した青色光シグナル伝達による孔辺細胞葉緑体のデンプン動態制御機構について解析を進めている。これまでに孔辺細胞プロトプラストを用いたリン酸化プロテオーム解析により、青色光に応答してリン酸化される因子としてWD-repeatをもつタンパク質(WDR)を同定し、本因子を欠損するシロイヌナズナの変異体では青色光によるデンプン分解と気孔開口が阻害されることを見出している。本年度は青色光によるデンプン分解におけるWDRのリン酸化の機能的意義を明らかにするため、wdr変異体に対してリン酸化部位であるSer残基をAlaに置換した非リン酸化体を導入し、機能解析を行った。その結果、野生型WDRを導入した形質転換体ではデンプン分解の回復が見られたが、非リン酸化型WDRを導入したものでは回復が見られなかった。このことからWDRのリン酸化はデンプン分解に必須のメカニズムであることが示唆される。
次にWDRのリン酸化を導くシグナル伝達機構について詳細な生化学的解析を行った。野生株では青色光パルスを照射後、15秒目でWDRのリン酸化が検出され、2分目でリン酸化レベルが最大となり、20分目にかけて脱リン酸化されることが分かった。この青色光によるWDRのリン酸化はシロイヌナズナのphot1変異体とphot2変異体では見られたが、phot1 phot2二重変異体では見られなかったことから、phot1とphot2によって重複して制御されることが明らかとなった。また、WDRのリン酸化はフォトトロピンの基質であるBLUS1とCBC1/2キナーゼの三重変異体においても見られたことから、このリン酸化はBLUS1やCBC1/2とは独立の光シグナル伝達によって制御されることが示唆される。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

青色光によるWDRのリン酸化がフォトトロピンを介した新奇の光シグナル伝達によって制御されることを明らかにすることができたため。

今後の研究の推進方策

フォトトロピンがWDRのリン酸化を導くシグナル伝達機構の解明に向け、研究を進める。

報告書

(1件)
  • 2023 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 4件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Light-induced stomatal opening requires phosphorylation of the C-terminal autoinhibitory domain of plasma membrane H+-ATPase2024

    • 著者名/発表者名
      Fuji Saashia、Yamauchi Shota、Sugiyama Naoyuki、Kohchi Takayuki、Nishihama Ryuichi、Shimazaki Ken-ichiro、Takemiya Atsushi
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 15 号: 1 ページ: 1195-1195

    • DOI

      10.1038/s41467-024-45236-9

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] オートファジーは孔辺細胞のROS恒常性を制御し気孔開口を可能にする2023

    • 著者名/発表者名
      山内 翔太、武宮 淳史
    • 雑誌名

      アグリバイオ

      巻: 7 ページ: 801-805

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 気孔孔辺細胞における光シグナル伝達ネットワーク2024

    • 著者名/発表者名
      武宮淳史
    • 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] 青色光に応答したデンプン分解を介した気孔開口の分子機構の解明2024

    • 著者名/発表者名
      生田大貴, 山内翔太, 武宮淳史
    • 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
  • [学会発表] 青色光に応答した細胞膜H+-ATPaseの活性化が阻害された突然変異体の単離と機能解析2024

    • 著者名/発表者名
      冨士彩紗, 山内翔太, 武宮淳史
    • 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
  • [学会発表] 青色光による気孔開口の駆動力を形成する細胞膜H+-ATPaseの新奇活性制御機構2023

    • 著者名/発表者名
      冨士彩紗, 山内翔太, 杉山直幸, 西浜竜一, 河内孝之, 島崎研一郎, 武宮淳史
    • 学会等名
      第79回中国四国植物学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 青色光に応答した気孔開口における裸子植物のBLUS1様遺伝子の機能解析2023

    • 著者名/発表者名
      今岡もも, 武宮淳史
    • 学会等名
      第79回中国四国植物学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Phosphorylation of two Thr residues in the C-terminal auto-inhibitory domain of plasma membrane H+-ATPase is crucial for light-induced stomatal opening2023

    • 著者名/発表者名
      Saashia Fuji, Shota Yamauchi, Naoyuki Sugiyama, Takayuki Kohchi, Ryuichi Nishihama, Ken-ichiro Shimazaki, Atsushi Takemiya
    • 学会等名
      The 33rd International Conference on Arabidopsis Research (ICAR2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Phosphorylation of WD-repeat protein WDR by phototropins is essential for starch degradation to promote stomatal opening2023

    • 著者名/発表者名
      Shota Yamauchi, Naoyuki Sugiyama, Yutaka Kodama, Luca Distefano, Haruki Fujii, Mika Nomoto, Yasuomi Tada, Kazuhiro Hotta, Diana Santelia, Ken-ichiro Shimazaki, Atsushi Takemiya
    • 学会等名
      The 33rd International Conference on Arabidopsis Research (ICAR2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Functional analysis of BLUS1-interacting proteins in blue light-dependent stomatal opening2023

    • 著者名/発表者名
      Kyoka Thahara, Atsushi Takemiya
    • 学会等名
      Taiwan-Japan Plant Biology 2023 (TJPB2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A novel activation mechanism of plasma membrane H+-ATPase via phosphorylation within its C-terminal auto-inhibitory domain to open stomata by light2023

    • 著者名/発表者名
      Saashia Fuji, Shota Yamauchi, Naoyuki Sugiyama, Kohchi Takayuki, Ryuichi Nishihama, Ken-ichiro Shimazaki, Atsushi Takemiya
    • 学会等名
      Taiwan-Japan Plant Biology 2023 (TJPB2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考]

    • URL

      https://www.yamaguchi-u.ac.jp/weekly/28916/index.html

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書

URL: 

公開日: 2023-04-13   更新日: 2024-12-25  

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