気孔開閉調節分子と特定アクアポリンの高濃度ＣＯ２への応答とＣＯ２供給系の理解

• 研究領域: 植物生態学・分子生理学コンソーシアムによる陸上植物の高ＣＯ２応答の包括的解明
• 研究課題/領域番号: 24114706
• 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: 名古屋大学
• 研究代表者: 前島 正義 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (80181577)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 13,000千円 (直接経費: 10,000千円、間接経費: 3,000千円); 2013年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2012年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
• キーワード: 二酸化炭素濃度 / 情報変換分子 / アクアポリン / 情報伝達 / 細胞膜 / 高CO2 / 気孔 / 高温応答

研究概要

気孔開閉調節に関わる情報変換タンパク質PCaP1および水・CO2透過性アクアポリンPIPに焦点を当て、シロイヌナズナにおけるそれぞれの生理機能を明らかにし、高CO2下での両分子のCO2供給システムにおける役割とそれに関わる量的・機能的調節機構の解明を目的とした。
細胞膜のタンパク質PCaPのN端領域はCa-カルモジュリン(CaM)複合体、ホスファチジルイノシトールリン酸（PtdInsPs）と結合する。PtdInsPsとCaM/Caは拮抗的であり、CaM/Caの結合はPtdInsPsとの結合を解除する。この特性はCaシグナルからPtdInsPsシグナルへの変換を示唆した。2種PCaPのうちPCaP2は根毛形成に関わる。PCaP1は全ての組織で検出されるが、孔辺細胞においては外輪部のみに偏在する。この意味を検討する目的でPCaP1遺伝子のT-DNA挿入破壊株pcap1の表現型を解析したところ、暗所において閉じるべき気孔が閉じないという異常が見られた。また、生理的高CO2条件（700 ppm）で生育させるとpcap1株は野生株に比べて有為な生育向上が見られた。PCaP1は各細胞において独自の多様な役割を果たしている可能性が高く、孔辺細胞での気孔開閉調節は機能の一端であると考えた。分子の特性から解明するためPCaP1のタンパク質構造解析も進めた。
細胞膜アクアポリンPIP1は複数の植物でCO2透過性が認められており、PIP1の量の減少がCO2固定能の低下をもたらす。PIP1とPIP2のT-DNA挿入遺伝子破壊株のうち、pip1;1pip1;2、pip1;2pip2;5の二重遺伝子破壊株はそれぞれ野生株に比べ生育がよい傾向がみられた。PIP1分子種のみならず孔辺細胞で発現レベルの高いPIP2;5もCO2輸送に関わる可能性があり、岡山大学森博士と共同研究を進めてきた。さらに、高温応答性のPIP2;3については、遺伝子上流の高温応答性シス領域の特定、pip2;3株の水分特性、高CO2応答特性を明らかにした。

現在までの達成度 (区分)

理由

25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

25年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] The ABCA9 transporter facilitates seeds storage lipid synthesis at the endoplasmic reticulum. (2013)
  • 著者名/発表者名: Kim, S., Yamaoka, Y., Ono, H., Kim, H., Shim, D., Maeshima, M., Martinoia, E., Cahoon, E.B., Nishida, I., Lee, Y.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 巻: 110 号: 2 ページ: 773-778
  • DOI: 10.1073/pnas.1214159110
  • 査読あり
• [雑誌論文] Arabidopsis TWISTED DWARF1 functionally interacts with auxin experter ABCB1 on the root plasma membrane. (2013)
  • 著者名/発表者名: Wang, B., Bailly, A., Zwiewka, M., Henrichs, S., Azzarello, E., Mancuso, S., Maeshima, M., Friml, J., Schulz, A., Geisler, M.
  • 雑誌名: Plant Cell 巻: 25 号: 1 ページ: 202-214
  • DOI: 10.1105/tpc.112.105999
  • 査読あり
• [雑誌論文] Zinc-binding and structural properties of the histidine-rich loop of Arabidopsis thaliana vacuolar membrane zinc transporter MTP1. (2013)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, N., Kawachi, M., Fujiwara, T., and Maeshima, M.
  • 雑誌名: FEBS Open Bio 巻: 3 号: 1 ページ: 218-224
  • DOI: 10.1016/j.fob.2013.04.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] A role of phosphatidylinositol 3,5-bisphosphate in vacuolar structure change in guard cells of closing stomata. (2013)
  • 著者名/発表者名: Bak, G., Lee, E.J., Lee, Y., Kato, M., Segami, S., Heven, S., Maeshima, M., Hwang, J.U., and Lee, Y.
  • 雑誌名: Plant Cell 巻: 25 号: 6 ページ: 2202-2216
  • DOI: 10.1105/tpc.113.110411
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ion gradients in xylem exudate and guttation fluid related to tissue ion levels along primary leaves of barley. (2013)
  • 著者名/発表者名: Nagai Makiko, Ohnishi Miwa, Uehara Takeo, Yamagami Mutsumi, Miura Eiko, Kamakura Mai, Kitamura Akira, Sakaguchi Shuichi, Sakamoto Wataru, Shimmen Teruo, Fukaki Hidehiro, Reid Rob, J., Furukawa Akio and Mimura Tetsuro
  • 雑誌名: Plant, Cell & Environment 巻: 36 号: 10 ページ: 1826-1837
  • DOI: 10.1093/pcp/pct107
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mn tolerance in rice is mediated by MTP8.1, a member of the cation diffusion facilitator family. (2013)
  • 著者名/発表者名: Chen, Z., Fujii, Y., Yamaji, N., Masuda, S., Takemoto, Y., Kamiya, T., Yusuyin, Y., Iwasaki, K., Kato, S., Maeshima, M., Ma, J.F., and Ueno, D.
  • 雑誌名: Journal Experimental Botany 巻: 64 号: 14 ページ: 4375-4387
  • DOI: 10.1093/jxb/ert243
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced cell expansion in KRP2 overexpressor is mediated through increased V-ATPase activity. (2013)
  • 著者名/発表者名: Ferjani, A., Ishikawa, K., Asaoka, M., Ishida, M., Horiguchi, G., Maeshima, M. and Tsukaya, H.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiology 巻: 54 号: 12 ページ: 1989-1998
  • DOI: 10.1093/pcp/pct138
  • 査読あり
• [雑誌論文] Class III compensation, represented by KRP2 overexpression, depends on V-ATPase activity in proliferative cells. (2013)
  • 著者名/発表者名: Ferjani, A., Ishikawa, K., Asaoka, M., Ishida, M., Horiguchi, G., Maeshima, M., and Tsukaya, H.
  • 雑誌名: Plant Signaling and Behavior 巻: 8
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Ca2+-binding protein PCaP2 located on the plasma membrane is involved in root hair development as a possible signal transducer (2013)
  • 著者名/発表者名: Kato, M., et. al.
  • 雑誌名: Plant Journal 巻: (印刷中) 号: 4 ページ: 690-700
  • DOI: 10.1111/tpj.12155
  • 査読あり
• [雑誌論文] Amino acid screening based on structural modeling identifies critical residues for function, ion selectivity and structure of Arabidopsis MTP1 (2012)
  • 著者名/発表者名: Kawachi, M., et al
  • 雑誌名: FEBS Journal 巻: (掲載確定) 号: 13 ページ: 2339-2356
  • DOI: 10.1111/j.1742-4658.2012.08613.x
  • 査読あり
• [学会発表] A unique aquaporin member in plasma membrane contributes to plant response to heat. (2014)
  • 著者名/発表者名: Tsuchihira, A., Karine Prado, K., Hanba, Y. Mori, I., Maurel, C., Maeshima, M.
  • 学会等名: Annual Meeting of The Japanese Society of Plant Physiologists.
  • 発表場所: Toyama University
  • 招待講演
• [学会発表] Extensive and transient gene expression enhancement of the plasma membrane aquaporin PIP2;3 in response to high temperatures in Arabidopsis thaliana. (2013)
  • 著者名/発表者名: Tsuchihira, A., Hanba, Y., Maeshima, M.
  • 学会等名: International Workshop on Plant Membrane Biology
  • 発表場所: 倉敷芸文館
• [学会発表] シロイヌナズナ無根毛変異株を用いたリン酸欠乏時における根毛の役割の解析. (2013)
  • 著者名/発表者名: 田中奈月、加藤–藤原真理子、青山卓史、富岡利恵、倉田理恵、深尾陽一朗、前島正義.
  • 学会等名: 日本植物生理学会2013年度年会
  • 発表場所: 岡山大学
• [学会発表] 細胞膜局在型新規Ca結合タンパク質PCaP1の構造とリガンド結合の解析. (2012)
  • 著者名/発表者名: 相羽孝亮、長崎-武内菜穂子、前島正義
  • 学会等名: 日本生化学会大会
  • 発表場所: 福岡国際会議場
• [学会発表] 新規情報変換分子PCaP1の生理機能とくに気孔閉口における役割の解明. (2012)
  • 著者名/発表者名: 三輪智佳、永田千咲子、林優紀、木下俊則、前島正義
  • 学会等名: 日本生化学会大会
  • 発表場所: 福岡国際会議場
• [図書] Progress in Botany, Vol. 75 (Ed. By U. Luettge) (2013)
  • 著者名/発表者名: Ferjani, A., Segami, S., Asaoka, M., and Maeshima, M.
  • 出版者: Springer-Verlag