植物の組織形成を規定するリン酸とピロリン酸の濃度バランス

• 研究領域: 植物発生ロジックの多元的開拓
• 研究課題/領域番号: 26113506
• 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): 2014-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 11,440千円 (直接経費: 8,800千円、間接経費: 2,640千円); 2015年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2014年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
• キーワード: 組織形成 / ピロホスファターゼ / 代謝 / プロトンポンプ / ピロリン酸 / 形態形成

研究実績の概要

2015年度、下記の成果を得た。
(1) H+-PPase機能欠失株では、硝酸のみが窒素源の場合は本葉が顕著に萎縮するが、アンモニアを添加すると表現型は軽減する。壊死の起こる位置はPPiが多く発生する細胞分裂の盛んな組織であり、表現型は酵母のsPPaseにより相補されることから、アンモニアを含まない培地では、とくにH+-PPaseが葉のPPi代謝において重要な役割を担うことが明らかにした。
(2) H+-PPaseは、植物生育初期のPPi代謝において大きな役割をもち、機能欠損は子葉や胚軸に表現型を示す。加えて、破壊株及び過剰発現株を用いた解析により、後期成長においてもPPiの分解を介して植物の生育に寄与していることを明らかにした。
(3) 細胞質可溶性PPaseの多重破壊株には顕著な表現型がなく、細胞質PPiの分解においてはH+-PPaseの働きに優位性があることが明らかとなった。顕著な表現型を示すfugu5-1ppa1二重破壊株では、低浸透圧による根端の破裂がみられ、細胞壁の強度が低下し形態への影響が発生していると推測している。さらに、fugu5-1ppa1では異所的にデンプンが蓄積していることを発見し、特に外部よりショ糖を添加した場合はデンプンの量が著しく増加していた。WT、fugu5-1、ppa1、fugu5-1ppa1株の胚軸のメタボローム解析を行い、有意差のある代謝産物を多数同定した。その結果より、糖新生、細胞壁合成に用いられるべき糖ヌクレオチドがPPiの蓄積によって阻害され、表現型につながっている、という仮説を立てた。

現在までの達成度 (段落)

27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

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] チューリッヒ大学(スイス)
• [国際共同研究] ボーフム大学(ドイツ)
• [国際共同研究] ポハン科学技術大学(韓国)
• [雑誌論文] A novel-type phosphatidylinositol phosphate-interactive, Ca-binding protein PCaP1 in Arabidopsis thaliana: stable association with plasma membrane and partial involvement in stomata closure. (2016)
  • 著者名/発表者名: Nagata, C., Miwa, C., Tanaka, N., Kato, M., Suito, M., Tsuchihira, A., Sato, Y., Segami, S. and Maeshima, M.
  • 雑誌名: Journal of Plant Research 巻: In press 号: 3 ページ: 539-550
  • DOI: 10.1007/s10265-016-0787-2
  • NAID: 120005868252
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Contribution of PPi-hydrolyzing function of vacuolar H+-pyrophosphatase in vegetative growth of Arabidopsis: Evidenced by expression of uncoupling mutated enzymes. (2016)
  • 著者名/発表者名: Asaoka, M., Segami, S., Ferjani, A., and Maeshima, M.
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Research 巻: 7 ページ: 415-415
  • DOI: 10.3389/fpls.2016.00415
  • NAID: 120005868253
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The histidine-rich loop of Arabidopsis vacuolar membrane zinc transporter AtMTP1 is involved in sensing cytosolic level of zinc. (2015)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, N., Fujiwara, T., Tomioka, R., Krämer, U., Kawachi, M., and Maeshima, M.
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 56 号: 3 ページ: 510-519
  • DOI: 10.1093/pcp/pcu194
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Identification of a unique CDF member containing the long N-terminal region in Arabidopsis thaliana. (2015)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara, T., Mori, H., Kawachi, M., and Maeshima, M.
  • 雑誌名: FEBS Journal 巻: 282 ページ: 1965-1979
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] GFPの二量体化を原因とする細胞内オルガネラの異常構造の形成とその予防策 (2015)
  • 著者名/発表者名: 瀬上紹嗣、前島正義
  • 雑誌名: 化学と生物 巻: 10 ページ: 703-708
  • NAID: 130005416123
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of a unique CDF member containing the long N-terminal region in Arabidopsis thaliana (2015)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara, T., Mori, H., Kawachi, M., and Maeshima, M.
  • 雑誌名: FEBS Journal 巻: in press
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Characteristics of a root hair-less line of Arabidopsis thaliana under physiological stresses. (2014)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, N., Kato, M., Tomioka, R., Kurata, R., Fukao, Y., Aoyama, T., and Maeshima, M.
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 巻: 65 号: 6 ページ: 1497-1512
  • DOI: 10.1093/jxb/eru014
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Roles of the vacuolar H+-PPase in seed storage oil mobilization and plant development (2014)
  • 著者名/発表者名: Ferjani, A., Segami, S., Horiguchi, G., Muto, Y., Maeshima, M., and Tsukaya, H.
  • 雑誌名: Plant Morphology 巻: 26 ページ: 45-51
  • NAID: 130005066549
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Dynamics of vacuoles and H+-pyrophosphatase visualized by monomeric green fluorescent protein in Arabidopsis: Artifactual bulbs and native intravacuolar spherical structures. (2014)
  • 著者名/発表者名: Segami, S., Makino, S., Miyake, A., Asaoka, M., and Maeshima, M.
  • 雑誌名: Plant Cell 巻: 26 号: 8 ページ: 3416-3434
  • DOI: 10.1105/tpc.114.127571
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Identification of the critical residues for the function of vacuolar H+-pyrophosphatase by amino acid screening based on the 3D structure. (2014)
  • 著者名/発表者名: Asaoka, M., Segami, S., and Maeshima, M.
  • 雑誌名: Journal of Biochemistry 巻: 156 号: 6 ページ: 333-344
  • DOI: 10.1093/jb/mvu046
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Cooperative works of H+-PPase and soluble PPases for PPi homeostasis in Arabidopsis. (2016)
  • 著者名/発表者名: Segami, S., Tomoyama, T., Maeshima, M.
  • 学会等名: Annual Meeting of Japan Society of Plant Physiologists
  • 発表場所: 岩手大学
  • 年月日: 2016-03-18
• [学会発表] Contribution of PPi-hydrolysis function of H+-pyrophosphatase in vegetative growth of Arabidopsis thaliana. (2016)
  • 著者名/発表者名: Asaoka, M., Segami, S., Ferjani, A., Maeshima, M.
  • 学会等名: Annual Meeting of Japan Society of Plant Physiologists
  • 発表場所: 岩手大学
  • 年月日: 2016-03-18
• [学会発表] Physiological effects of loss-of-function mutations of enzymes involved in pyrophosphate metabolism depending on nitrogen. (2016)
  • 著者名/発表者名: Fukuda, M., Segami, S., Tomoyama, T., Gunji, S., Ferjanai, A., Maeshima, M.
  • 学会等名: Annual Meeting of Japan Society of Plant Physiologists
  • 発表場所: 岩手大学
  • 年月日: 2016-03-18
• [学会発表] Characterization of the histidine loop of Arabidopsis vacuolar membrane zinc transporter AtMTP1 as a sensor of cytosol zinc level. (2015)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, N., Fujiwara, T., Tomioka, R., Kraemer, U., Kawachi M. and Maeshima, M.:
  • 学会等名: Vienna International Conference Series 2015
  • 発表場所: Wien, Austria
  • 年月日: 2015-06-23
  • 国際学会
• [学会発表] ピロリン酸代謝関連酵素の機能欠失がピロリン酸濃度と生育に与える影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 福田茉由、瀬上紹嗣、郡司玄、Ali Ferjani、前島正義
  • 学会等名: 日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京農業大学
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] The H+-pyrophosphatase is necessary for normal growth of Arabidopsis thaliana (2015)
  • 著者名/発表者名: 浅岡真理子、瀬上紹嗣、Ali Ferjani, 前島正義
  • 学会等名: 日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京農業大学
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] PPi opposes gluconeogenesis progression during oilseed mobilization in Arabidopsis. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ferjani, A., Kawade, K.. Oikawa, A., Asaoka, Takahashi, K., Ishida, M., Maeshima, M., Yokota-Hirai, M., Saito, K. and Tsukaya, H.
  • 学会等名: 日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京農業大学
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] GFP二量体化による人為的な膜の接着と単量体化によって見えた真の液胞構造 (2014)
  • 著者名/発表者名: 瀬上紹嗣、牧野沙知、三宅愛、浅岡真理子、前島正義
  • 学会等名: 日本分子生物学会2014年度大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-25 – 2014-11-27
  • 招待講演
• [学会発表] H+-pyrophosphatase is necessary for normal growth of Arabidopsis thaliana. (2014)
  • 著者名/発表者名: saoka, M., Segami, S., Sato, C., Ferjani, A. and Maeshima, M.
  • 学会等名: Plant Biology Europe FESPB/EPSO 2014 Congress.
  • 発表場所: Doublin, Irland
  • 年月日: 2014-06-21 – 2014-06-27
• [備考] 細胞ダイナミクス研究室
  • URL: http://celld.agr.nagoya-u.ac.jp/index.html