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葉緑体分布パターン決定における二酸化炭素の役割

公募研究

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 24114707
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
研究機関大阪大学

研究代表者

高木 慎吾  大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (10192626)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
研究課題ステータス 完了 (2013年度)
配分額 *注記
12,480千円 (直接経費: 9,600千円、間接経費: 2,880千円)
2013年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2012年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
キーワード葉緑体 / 二酸化炭素 / 定位運動 / シロイヌナズナ / 葉肉細胞
研究実績の概要

葉緑体は光合成を最適化するような細胞内配置をとることが知られており、一例として、細胞間隙に沿って分布し、細胞同士が隣り合う場所には分布しない。細胞壁液相中でのCO2の拡散が非常に遅いことから、この分布パターンは、細胞間隙からの効率的なCO2吸収を可能にするためと考えられている。併せて、CO2濃度の高い場所に葉緑体を分布させる仕組みの存在が想定されてきたが、適切な実験系が開発されておらず、明確な検証例は無かった。我々は、プロトプラストをゲルに埋め込む実験系と、ガス交換システムにより個葉の細胞間隙CO2濃度を調節する実験系とにより、検証を行なった。
シロイヌナズナのロゼット葉から葉肉細胞プロトプラストを調製し、アガロースゲルに埋め込み、ゲルの片側に炭酸水素カリウム(KHCO3)溶液を置いて、ゲル中にCO2成分の勾配を作った。赤色光下でプロトプラスト中の葉緑体分布の経時変化を調べたところ、KHCO3溶液側への分布の偏りが検出された。ゲルに含まれるCO2成分を定量し、分布の偏りがCO2濃度依存的に起こることを確認した。従って、上記の仕組みが存在する可能性が示唆された。
ロゼット葉の細胞間隙CO2濃度をガス交換システムによって調節しながら光を照射し、葉肉細胞中の葉緑体分布を解析した。暗黒下では、細胞間隙CO2濃度が高い場合に、葉緑体が細胞間隙に沿う傾向がみられた。強光下では弱光下よりも細胞間隙に沿う傾向が強くなることから、弱光位から強光位に推移する光強度付近で細胞間隙CO2濃度を変化させたところ、細胞間隙CO2濃度が高いほど、受光量を増やす分布をとる傾向を示した。従って、受光量およびCO2吸収の調節の間にクロストークがあり、それを介して葉緑体の分布パターンが決定されることが示唆された。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2015 2014 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (20件) (うち招待講演 1件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Blue-light-induced rapid chloroplast de-anchoring in Vallisneria epidermal cells.2015

    • 著者名/発表者名
      Sakai Y, Inoue S, Harada A, Shimazaki K and Takagi S
    • 雑誌名

      J. Integ. Plant Biol.

      巻: 57 号: 1 ページ: 93-105

    • DOI

      10.1111/jipb.12284

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Nuclear lamina localized at the nuclear periphery in interphase and at chromosomes in mitotic phase.2014

    • 著者名/発表者名
      Sakamoto Y., Takagi S.
    • 雑誌名

      Atlas of Plant Cell Structure

      巻: 26 ページ: 6-7

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [雑誌論文] LITTLE NUCLEI 1 and 4 regulate nuclear morphology in Arabidopsis thaliana2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Sakamoto, S. Takagi
    • 雑誌名

      Plant and Cell Physiology

      巻: 54 号: 4 ページ: 622-633

    • DOI

      10.1093/pcp/pct031

    • NAID

      10031163853

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] ストロボスコープ型遠心顕微鏡による運動現象の解析2012

    • 著者名/発表者名
      高木慎吾
    • 雑誌名

      Plant Morphology

      巻: 24 ページ: 5-11

    • NAID

      130004726669

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] シロイヌナズナにおける核の形態制御にかかわるCRWNsの解析2015

    • 著者名/発表者名
      坂本勇貴、杉山智哉、高木慎吾、松永幸大
    • 学会等名
      第56回日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2015-03-16 – 2015-03-18
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] アクチン結合蛋白質ビリンの活性はリン脂質により修飾される2015

    • 著者名/発表者名
      横田悦雄、織井秀文、田原寛、森安裕二、新免輝男、高木慎吾
    • 学会等名
      第56回日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2015-03-16 – 2015-03-18
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] egulation and significance of mitochondria-chloroplasts co-localization in Arabidopsis thaliana2015

    • 著者名/発表者名
      Islam MS, Nguyen VT, Kato Y, Sakamoto W, Takagi S
    • 学会等名
      Tokyo Tech-HHU Düsseldorf Joint Symposium on Photosynthesis as a New Chemical Resource
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2015-03-04 – 2015-03-05
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] CROWDED NUCLEI regulates nuclear morphology in Marchantia polymorpha2014

    • 著者名/発表者名
      Kudo H, Sakamoto Y, Ishida S, Nishihama R, Kohchi T, Takagi S
    • 学会等名
      Marchantia Workshop 2015
    • 発表場所
      神戸
    • 年月日
      2014-12-08 – 2014-12-10
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 植物特異的核タンパク質CRWNによる核構造制御機構の解析2014

    • 著者名/発表者名
      坂本勇貴、杉山智哉、高木慎吾、松永幸大
    • 学会等名
      日本植物学会第78回大会
    • 発表場所
      神奈川
    • 年月日
      2014-09-12 – 2014-09-14
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] シロイヌナズナ葉肉細胞の核は弱光定位運動を示す2014

    • 著者名/発表者名
      小畑響子、田中怜、高木慎吾
    • 学会等名
      日本植物学会第78回大会
    • 発表場所
      神奈川
    • 年月日
      2014-09-12 – 2014-09-14
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] シロイヌナズナにおける青色光に依存したミトコンドリアの移動速度調節について2014

    • 著者名/発表者名
      Islam MS、Nguyen VT、富永基樹、高木慎吾
    • 学会等名
      第18回日本光生物学協会年会
    • 発表場所
      大阪
    • 年月日
      2014-08-22 – 2014-08-23
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 細胞核の形態維持に関与するシロイヌナズナCRWNについて2014

    • 著者名/発表者名
      坂本勇貴、杉山智哉、松永幸大、高木慎吾
    • 学会等名
      第3回近畿植物学会講演会
    • 発表場所
      交野
    • 年月日
      2014-04-19
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] シロイヌナズナにおける光とCO2による葉緑体分布の制御2013

    • 著者名/発表者名
      石田泰浩、高木慎吾
    • 学会等名
      日本植物学会第77回大会
    • 発表場所
      札幌
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] アズキ上胚軸における光による回旋運動の開始と伸長パターンの変化2013

    • 著者名/発表者名
      飯田幹之、高木慎吾
    • 学会等名
      日本植物学会第77回大会
    • 発表場所
      札幌
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 細胞核光定位運動は紫外線誘発DNA損傷および細胞死を抑制する2013

    • 著者名/発表者名
      岩渕功誠、日出間純、田村謙太郎、高木慎吾、西村いくこ
    • 学会等名
      日本植物学会第77回大会
    • 発表場所
      札幌
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] シロイヌナズナ葉表皮細胞の核光定位運動におけるフィトクロムの役割2013

    • 著者名/発表者名
      登坂祐哉、木原梓、秋田理紗子、高木慎吾
    • 学会等名
      日本植物学会第77回大会
    • 発表場所
      札幌
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 原形質流動光誘発には光合成に依存した細胞膜プロトン駆動力形成が必要である2013

    • 著者名/発表者名
      原田明子、岡崎芳次、木下俊則、永井玲子、高木慎吾
    • 学会等名
      日本植物学会第77回大会
    • 発表場所
      札幌
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Phototropin2-dependent co-localization of mitochondria with chloroplasts in Arabidopsis thaliana mesophyll cells2013

    • 著者名/発表者名
      M.S. Islam, S. Takagi
    • 学会等名
      Plant Biology 2013
    • 発表場所
      Providence, USA
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] シロイヌナズナ葉肉細胞における核光定位運動への葉緑体の関与2013

    • 著者名/発表者名
      田中怜、岩渕功誠、西村いくこ、高木慎吾
    • 学会等名
      第54回日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      岡山
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] アクチン結合ドメインを持つキネシン様タンパク質遺伝子欠損シロイヌナズナの表現型解析2013

    • 著者名/発表者名
      光武翔、安原裕紀、高木慎吾
    • 学会等名
      2013年生体運動研究合同班会議
    • 発表場所
      広島
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Analysis of LINCs involved in the maintenance of nuclear morphology in Arabidopsis thaliana2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Sakamoto and S. Takagi
    • 学会等名
      第35回日本分子生物学会年会
    • 発表場所
      福岡
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] シロイヌナズナにおける細胞核形態を維持するLINCの解析2012

    • 著者名/発表者名
      坂本勇貴、高木慎吾
    • 学会等名
      日本植物学会第76回大会
    • 発表場所
      姫路
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 植物ビリンは葉緑体アンカーに関与するか

    • 著者名/発表者名
      高木慎吾
    • 学会等名
      第15回植物オルガネラワークショップ
    • 発表場所
      岡山
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Phototropin2-dependent co-localization of mitochondria with chloroplasts in Arabidopsis thaliana mesophyll cells

    • 著者名/発表者名
      M.S. Islam and S. Takagi
    • 学会等名
      平成24年度近畿植物学会
    • 発表場所
      奈良
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [備考] 植物細胞生物学研究室

    • URL

      http://www.bio.sci.osaka-u.ac.jp/bio_web/lab_page/takagi/index.html

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [備考] 植物細胞生物学研究室

    • URL

      http://www.bio.sci.osaka-u.ac.jp/bio_web/lab_page/takagi/index.html

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書

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公開日: 2013-05-15   更新日: 2019-07-29  

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