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細胞核内の液-液相分離が制御する不均一な温度変動への応答機構

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 23H04205
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)
研究機関静岡県立大学

研究代表者

田村 謙太郎  静岡県立大学, 食品栄養科学部, 准教授 (40378609)

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)
キーワード核内構造体 / 熱形態形成 / 遺伝子発現 / カハールボディ / オーキシン / 液相分離 / PIF4 / 核内構造 / 温度形態形成 / 植物ホルモン
研究開始時の研究の概要

植物は,時間単位で変化する外気温シグナルを発生プログラムに可塑的に変換することで,周囲の気温変化に適応している.この気温に応じた組織・器官の形態変化を温度形態形成とよぶ..私達の最近の研究から,細胞核内の液―液相分離による構造体形成が温度形態形成に関与している可能性が浮上した.本研究では,不均一な温度変動により相分離で生じる核内構造体に焦点をあて,植物の環境適応戦略の理解を目指す.

研究実績の概要

変化する外気温シグナルは,植物の発生プログラムに大きく影響する.この気温に応じた組織・器官の形態変化を熱形態形成とよばれる.私達は,細胞核内構造体カハールボディの液―液相分離が熱形態形成に関与している可能性を見いだした.今年度は核内構造体カハールボディの形成と熱形成遺伝子群の発現調節について以下の2点について研究を遂行した.
A.カハールボディ形成不全変異体coilinにおける熱形態形成関連遺伝子の発現変動を明らかにした.RNA-seqによるカハールボディ形成不全変異体coilinにおける,常温22℃と熱形態形成誘導温度27℃の比較トランスクリプトーム解析をおこなった.その結果,coilin変異体では転写制御因子PIF4が発現制御している下流遺伝子群 (IAAおよびSAUR等)の発現量が顕著に上昇していることがわかった.これら遺伝子の発現誘導は温度処理後速やかに起こり,6時間でピークに達していた.そこで,COILINとPIF4を欠損したcoilin pif4二重変異体を作出して解析したところ,coilin変異体で見られた発現量変化が完全に消失した.これらのことから,COILIN依存的な熱形態形成にはPIF4系路が必須であることがわかった.
B.カハールボディの構成因子を同定した.本研究に先だって,シロイヌナズナのカハールボディのプロテオミクスを行っており,既に50種類以上の構成タンパク質候補を同定していた.これらの因子は液―液相分離を担う「天然変性タンパク質」が多数含まれていた. カハールボディの形成を担う因子探索のために,これらタンパク質にGFPを融合させて,一過的に発現させることによりカハールボディ局在タンパク質を探索した.その結果,これまでに18種類の新規カハールボディタンパク質を同定することができた.これらの多くはRNA代謝に関連するものが含まれていた.

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

計画初年度において, RNA-seqによるトランスクリプトーム解析および,多数のカハールボディタンパク質を同定することができた.トランスクリプトーム解析ではカハールボディによる熱形態形成制御因子としてPIF4およびオーキシン関連遺伝子群が重要な働きを担うことを示唆することができた. GFP融合タンパク質を用いた細胞内局在解析から新規のカハールボディタンパク質を複数同定でき,研究期間全体で立てた3つの研究計画の柱の 1つを初年度に遂行できた.

今後の研究の推進方策

カハールボディと相互作用する遺伝子群をゲノムワイドに探索するために,クロマチン免疫沈降-sequence (ChIP-seq)を行う.カハールボディー可視化ラインU2B-GFPおよびCOILIN-GFPを発現するシロイヌナズナを用いて,22℃および27℃の異なる温度条件で検討を行う.今年度までに既に予備的データが得られているが,より再現性の高い結果を得るために,クロマチン免疫沈降を行う際の組織固定条件を検討する予定である.ChIP-seqで同定された相互作用候補遺伝子については,ChIP-qPCR相互作用を確認する.前年度で得られたトランスクリプトームのデータと併せることで,熱形態形成時の遺伝子発現制御機構の分子機構の解明を目指す.
また,熱形態形成時におけるカハールボディの形成機構に迫るため,カハールボディ形成不全変異体のスクリーニングを進める.

報告書

(1件)
  • 2023 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 6件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] IBMP/INRA/GReD(フランス)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [雑誌論文] Engineering yeast with a light-driven proton pump system in the vacuolar membrane2024

    • 著者名/発表者名
      Daicho Kaoru M.、Hirono-Hara Yoko、Kikukawa Hiroshi、Tamura Kentaro、Hara Kiyotaka Y.
    • 雑誌名

      Microbial Cell Factories

      巻: 23 号: 1 ページ: 4-4

    • DOI

      10.1186/s12934-023-02273-1

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] ARGONAUTE1-binding Tudor domain proteins function in small interfering RNA production for RNA-directed DNA methylation2024

    • 著者名/発表者名
      Takei Takahito、Tsukada Michio、Tamura Kentaro、Hara-Nishimura Ikuko、Fukao Yoichiro、Kurihara Yukio、Matsui Minami、Saze Hidetoshi、Tsuzuki Masayuki、Watanabe Yuichiro、Hamada Takahiro
    • 雑誌名

      Plant Physiology

      巻: in press 号: 2 ページ: 1333-1346

    • DOI

      10.1093/plphys/kiae135

    • 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] Protein phase separation of plant nuclear pore complex2023

    • 著者名/発表者名
      Tamura Kentaro、Koide Masaya
    • 雑誌名

      Molecular Plant

      巻: 16 号: 6 ページ: 973-974

    • DOI

      10.1016/j.molp.2023.05.007

    • 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] Evolutionarily conserved protein motifs drive interactions between the plant nucleoskeleton and nuclear pores2023

    • 著者名/発表者名
      Mermet Sarah、Voisin Maxime、Mordier Joris、Dubos Tristan、Tutois Sylvie、Tuffery Pierre、Baroux Celia、Tamura Kentaro、Probst Aline V、Vanrobays Emmanuel、Tatout Christophe
    • 雑誌名

      The Plant Cell

      巻: 35 号: 12 ページ: 4284-4303

    • DOI

      10.1093/plcell/koad236

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Nucleoporin 50 proteins affect longevity and salinity stress tolerance in seeds2023

    • 著者名/発表者名
      Oishi Ayumi、Nakagawa Shitomi、Tamura Kentaro
    • 雑誌名

      Journal of Experimental Botany

      巻: 75 号: 1 ページ: 60-72

    • DOI

      10.1093/jxb/erad396

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] The Arabidopsis katamari2 Mutant Exhibits a Hypersensitive Seedling Arrest Response at the Phase Transition from Heterotrophic to Autotrophic Growth2023

    • 著者名/発表者名
      Hosokawa Chika、Yagi Hiroki、Segami Shoji、Nagano Atsushi J、Koumoto Yasuko、Tamura Kentaro、Oka Yoshito、Matsushita Tomonao、Shimada Tomoo
    • 雑誌名

      Plant and Cell Physiology

      巻: 65 号: 3 ページ: 350-361

    • DOI

      10.1093/pcp/pcad156

    • 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
  • [学会発表] Plant cytoskeletal dynamics at the nuclear periphery2023

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Tamura
    • 学会等名
      The 61st Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Importin α, a nuclear transport factor, negatively regulates immunity responses in Arabidopsis2023

    • 著者名/発表者名
      Airi Mori, Valerie Gaudin, Takakazu Matsuura, Yoko Ikeda, Kentaro Tamura
    • 学会等名
      Taiwan-Japan Plant Biology 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] MAIGO3-mediated capture-and-release of ER exit sites facilitates protein transport from ER to Golgi stacks in Arabidopsis2023

    • 著者名/発表者名
      Junpei Takagi, Hideyuki Takahashi, Minoru Nagano, Yoshitaka Kimori, Yoichiro Fukao, Haruko Ueda, Kentaro Tamura, Tomoo Shimada, Ikuko Hara-Nishimura
    • 学会等名
      Taiwan-Japan Plant Biology 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Co-option of stomatal bHLH genes in the development of the sporophyte tissue seta in Marchantia polymorpha2023

    • 著者名/発表者名
      Kenta C. Moriya, Makoto Shirakawa, Jeanne Loue-Manifel, Yoriko Matsuda, Yen-Ting Lu, Yoshito Oka, Tomonao Matsushita, Kentaro Tamura, Ikuko Hara-Nishimura, Gwyneth Ingram, Ryuichi Nishihama, Justin Goodrich, Takayuki Kohchi, Tomoo Shimada
    • 学会等名
      Taiwan-Japan Plant Biology 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 液胞膜内delta-rhodopsin発現酵母による光エネルギーを用いた物質生産能の向上2023

    • 著者名/発表者名
      大長 薫,弘埜 陽子,菊川 寛史,田村 謙太郎,原 清敬
    • 学会等名
      日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 温度形態形成におけるカハールボディの役割2023

    • 著者名/発表者名
      上原萌愛,太田翔平,櫻井貴之,嶋田知生,田村謙太郎
    • 学会等名
      日本植物学会第87回大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 植物の免疫応答におけるインポーチンαの役割2023

    • 著者名/発表者名
      森愛理,Valerie Gaudin,松浦恭和,池田陽子,田村謙太郎
    • 学会等名
      日本植物学会第87回大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] シロイヌナズナ小胞体膜タンパク質複合体EMCの機能解析2023

    • 著者名/発表者名
      小出真也,田村謙太郎
    • 学会等名
      日本植物学会第87回大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 酵母液胞膜へのDelta-rhodopsin発現によるエネルギー利用の効率化と物質生産への応用2023

    • 著者名/発表者名
      大長 薫,弘埜 陽子,菊川 寛史,田村 謙太郎,原 清敬
    • 学会等名
      第75回日本生物工学大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Structural and developmental analysis of Arabidopsis hydathodes by fluorescence imaging2023

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Yagi, Iori Mihara, Kentaro Tamura, Tomonao Matsushita, Ikuko Hara-Nishimura, Haruko Ueda, Tomoo Shimada
    • 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] MAIGO3-dependent mechanism underlying dynamic capture-and-release process of ER exit sites by Golgi stacks in Arabidopsis.2023

    • 著者名/発表者名
      Junpei Takagi, Hieyuki Takahashi, Minoru Nagano, Yoshitaka Kimori, Yoichiro Fukao, Haruko Ueda, Kentaro Tamura, Tomoo Shimada, Ikuko Hara-Nishimura
    • 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] Evolutionary conserved protein motifs drive interactions between the plant nuclear lamina and nuclear pores2023

    • 著者名/発表者名
      Christophe Tatout, Sarah Mermet, Emmanuel Vanrobays, Sylvie Tutois, Kentaro Tamura
    • 学会等名
      SEB Centenary Conference 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2023-04-13   更新日: 2024-12-25  

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