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2016 年度 実績報告書

環境刺激による気孔開度制御機構の解析

計画研究

研究領域植物の成長可塑性を支える環境認識と記憶の自律分散型統御システム
研究課題/領域番号 15H05956
研究機関名古屋大学

研究代表者

木下 俊則  名古屋大学, 理学研究科(WPI), 教授 (50271101)

研究分担者 多田 安臣  名古屋大学, 遺伝子実験施設, 教授 (40552740)
鈴木 孝征  中部大学, 応用生物学部, 講師 (50535797)
中道 範人  名古屋大学, 理学研究科(WPI), 特任准教授 (90513440)
研究期間 (年度) 2015-06-29 – 2020-03-31
キーワード植物 / シグナル伝達 / 気孔孔辺細胞 / 概日時計
研究実績の概要

局所応答に関する研究としては、青色光に依存した気孔開口のキーエンザイムである気孔孔辺細胞の細胞膜プロトンポンプのリン酸化を介した活性化や、気孔開度制御に関わる新たな因子の同定と機能解析を目的として、生理・生化学的解析、遺伝学的スクリーニングやケミカルスクリーニングを進めた。ケミカルスクリーニングにより、特異的に青色光シグナル伝達を阻害する化合物を同定し、その新規の標的因子BHPを発見し、Hayashi et al. (2017) Scientific Reportsとして発表し、新聞等のメディアにも取り上げられた。さらに、孔辺細胞の細胞膜プロトンポンプの脱リン酸化に関与するホスファターゼの分子種を同定した。
環境記憶に関する研究としては、気孔開口への日長条件の影響を調べ、シロイヌナズナの花成誘導を引き起こす長日条件において、短日条件よりも有意な気孔開口促進や気孔コンダクタンスの上昇が見られることを見出した。さらに、網羅的な遺伝子発現解析を行い、長日条件に応じて発現の誘導される遺伝子周辺のヒストン修飾を調べた結果、ヒストンメチル化が重要な役割を果たしていることを明らかにした。この結果は、気孔開度制御においても環境記憶が重要な役割を果たしていることを示唆する初めての結果と考えられる。
また、気孔開度制御への長距離シグナル伝達の関与として、土壌の栄養状態の気孔開度への影響についても着手し、窒素やリンが欠乏すると気孔開口が抑制され、さらに網羅的遺伝子発現解析の結果、リン欠乏に応答して、特異的に発現量の上昇する分泌型ペプチドを見出し、その遺伝子の機能解析に着手した。
これらの研究を通じて、植物の自律分散型環境応答統御システムの全容解明を目指していきたい。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

・気孔開度制御に関わる新奇因子の同定と機能解析
青色光に依存した気孔開口のキーエンザイムである気孔孔辺細胞の細胞膜プロトンポンプのリン酸化を介した活性化や、気孔開度制御に関わる新たな因子の同定と機能解析を目的として、生理・生化学的解析、遺伝学的スクリーニングやケミカルスクリーニングを行った。その結果、その新規の標的因子BHPを発見し、Hayashi et al. (2017) Scientific Reportsとして発表し、新聞等のメディアにも多数取り上げられた。
・環境刺激に応答した植物の環境記憶と生理応答の解明
環境記憶と気孔開度制御との関連性について解析を進め、シロイヌナズナの花成誘導を引き起こす長日条件において、短日条件よりも有意な気孔開口促進や気孔コンダクタンスの上昇が見られることを見出した。さらに、網羅的な遺伝子発現解析を行い、長日条件に応じて発現の誘導される遺伝子周辺のヒストン修飾を調べた結果、ヒストンメチル化が重要な役割を果たしていることを明らかにした。この結果は、気孔開度制御においても環境記憶が重要な役割を果たしていることを示唆する初めての結果と考えられる。
・環境刺激に応答した長距離シグナルを介した気孔開度制御
長距離シグナルを介した気孔開度制御については、乾燥ストレス時のアブシシン酸以外の環境刺激については解析が行われていない。そこで、気孔開度制御への関与が示唆されている土壌の栄養状態(窒素やリン)や乾燥・塩ストレスがどのように気孔開度へ影響を与えるのか、松林班、福田班、白須班と連携し、長距離シグナルとの関連性について解析した。その結果、土壌の窒素やリンが欠乏すると気孔開口が抑制され、さらに網羅的遺伝子発現解析の結果、リン欠乏に応答して、特異的に発現量の上昇する分泌型ペプチドを見出し、その遺伝子の機能解析に着手した。

今後の研究の推進方策

平成28年度の研究により、気孔開度制御や花成制御における局所応答の分子機構のみならず、本領域の大きな目標である環境記憶システムや長距離シグナル伝達の関与を示す結果が得られてきた。今後は、研究支援センターの活用、さらに新たに加わる公募班を含め領域内連携研究をより積極的に進めていきたい。また、これらの研究で得られた知見に基づき、気孔開度を人為的に制御した植物体を作出し、様々な環境条件下での光合成、生産量やストレス耐性等の試験を行い、農学や実用植物を利用した低炭素社会の発展に繋がる基盤を構築する。

  • 研究成果

    (43件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (19件) (うち国際共著 2件、 査読あり 19件、 オープンアクセス 12件、 謝辞記載あり 5件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 7件、 招待講演 6件) 備考 (2件) 産業財産権 (1件)

  • [国際共同研究] ミネソタ大学(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      ミネソタ大学
  • [国際共同研究] 南京南京農業大学(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      南京南京農業大学
  • [雑誌論文] A Raf-like protein kinase BHP mediates blue light-dependent stomatal opening.2017

    • 著者名/発表者名
      Hayashi M, Inoue S, Ueno Y, Kinoshita T.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 ページ: 45586

    • DOI

      10.1038/srep45586

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Brassinosteroid involvement in Arabidopsis thaliana stomatal opening.2017

    • 著者名/発表者名
      Inoue S, Iwashita N, Takahashi Y, Gotoh E, Okuma E, Hayashi M, Tabata R, Takemiya A, Murata Y, Doi M, Kinoshita T, Shimazaki K.
    • 雑誌名

      Plant & Cell Physiology

      巻: 58 ページ: 1048-1058

    • DOI

      10.1093/pcp/pcx049

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Measurement of stomatal conductance in rice.2017

    • 著者名/発表者名
      Wang Y, Kinoshita T.
    • 雑誌名

      Bio-protocol

      巻: 7 ページ: Iss 8

    • DOI

      10.21769/BioProtoc.2226

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Molecular actions of two synthetic brassinosteroids, iso-carbaBL and 6-deoxoBL, which cause altered physiological activities between Arabidopsis and rice.2017

    • 著者名/発表者名
      Nakamura A, Tochio N, Fujioka S, Ito S, Kigawa T, Shimada Y, Matsuoka M, Yoshida S, Kinoshita T, Asami T, Seto H, Nakano T.
    • 雑誌名

      PLoS ONE

      巻: 12 ページ: e0174015

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0174015

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 植物における水収支2017

    • 著者名/発表者名
      木下俊則、高橋宏二
    • 雑誌名

      テイツ/ザイガー植物生理学・発生学 原著第6版

      巻: なし ページ: 101-119

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 水と植物細胞2017

    • 著者名/発表者名
      木下俊則、高橋宏二
    • 雑誌名

      テイツ/ザイガー植物生理学・発生学 原著第6版

      巻: なし ページ: 85-99

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photosynthesis activates plasma membrane H+-ATPase via sugar accumulation.2016

    • 著者名/発表者名
      Okumura M, Inoue S, Kuwata K, Kinoshita T.
    • 雑誌名

      Plant Physiology

      巻: 171 ページ: 580-589

    • DOI

      10.1104/pp. 16.00355

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] The regulation of plant cell expansion: Auxin-induced turgor-driven cell elongation.2016

    • 著者名/発表者名
      Takahashi K, Kinoshita T.
    • 雑誌名

      Molecular Cell Biology of the Growth and Differentiation of Plant Cells

      巻: なし ページ: 156-173

    • DOI

      10.1201/b20316

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Inhibition of the Arabidopsis bHLH transcription factor by monomerization through abscisic acid-induced phosphorylation.2016

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Y, Kinoshita T, Matsumoto M, Shimazaki K.
    • 雑誌名

      Plant Journal

      巻: 87 ページ: 559-567

    • DOI

      10.1111/tpj.13217

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Plasma membrane H+-ATPase1 (AHA1) plays a major role in Arabidopsis thaliana for stomatal opening in response to blue light.2016

    • 著者名/発表者名
      Yamauchi S, Takemiya A, Sakamoto T, Kurata T, Kinoshita T, Shimazaki K.
    • 雑誌名

      Plant Physiology

      巻: 171(4) ページ: 2731-2743

    • DOI

      Plant Physiology

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] An ABA-increased interaction of the PYL6 ABA receptor with MYC2 transcription factor: A putative link of ABA and JA signaling.2016

    • 著者名/発表者名
      Aleman F, Yazaki J, Lee M, Takahashi Y, Kim AY, Kinoshita T, Ecker JR, Schroeder JI.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 6 ページ: 28941

    • DOI

      10.1038/srep28941

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Loss of function at RAE2, a novel EPFL, is required for awnlessness in cultivated Asian rice.2016

    • 著者名/発表者名
      Bessho-Uehara K, Wang DR, Furuta T, Minami A, Nagai K, Gamuyao R, Asano A, Angeles-Shim RB, Shimizu Y, Ayano M, Komeda N, Doi K, Miura K, Toda Y, Kinoshita T, Okuda S, Higashiyama T, Nomoto M, Tada Y, Shinohara H, Matsubayashi Y, Greenberg A, Wu J, Yasui H, Yoshimura A, Mori H, McCouch SR, Ashikari M.
    • 雑誌名

      Proc. Natl. Acad. Sci. USA

      巻: 113(32) ページ: 8969-8974

    • DOI

      10.1073/pnas.1604849113

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Auxin influx carrier AUX1 confers acid resistance for Arabidopsis root elongation through the regulation of plasma membrane H+-ATPase.2016

    • 著者名/発表者名
      Inoue S, Takahashi K, Okumura-Noda H, Kinoshita T.
    • 雑誌名

      Plant & Cell Physiology

      巻: 57 ページ: 2194-2201

    • DOI

      10.1093/pcp/pcw136

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Measurement of ATP hydrolytic activity of plasma membrane H+-ATPase from Arabidopsis thaliana leaves.2016

    • 著者名/発表者名
      Okumura M, Kinoshita T.
    • 雑誌名

      Bio-protocol

      巻: 6 ページ: Iss 23

    • DOI

      10.21769/BioProtoc.2044

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 魔女の雑草の呪いを解く分子2016

    • 著者名/発表者名
      萩原伸也、吉村柾彦、土屋雄一朗、木下俊則、伊丹健一郎
    • 雑誌名

      化学

      巻: 71 ページ: 35-39

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 気孔の光開口運動における光シグナル伝達2016

    • 著者名/発表者名
      木下俊則
    • 雑誌名

      光と生命の事典

      巻: なし ページ: 140-141

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 環境刺激による気孔開度制御機構の解明に向けて2016

    • 著者名/発表者名
      木下俊則、富山将和
    • 雑誌名

      」BSJ-Review

      巻: 7 ページ: 97-109

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 生体膜輸送系2016

    • 著者名/発表者名
      木下俊則
    • 雑誌名

      植物学の百科事典

      巻: なし ページ: 404-407

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 細胞膜2016

    • 著者名/発表者名
      木下俊則
    • 雑誌名

      植物学の百科事典

      巻: なし ページ: 392-393

    • 査読あり
  • [学会発表] 植物の巧みな生き方のはなし2017

    • 著者名/発表者名
      木下俊則
    • 学会等名
      名古屋大学オープンレクチャー2017
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      2017-03-20 – 2017-03-20
    • 招待講演
  • [学会発表] Regulation of stomatal movements in response to environmental signals2017

    • 著者名/発表者名
      Toshinori Kinoshita
    • 学会等名
      第58回日本植物生理学会
    • 発表場所
      鹿児島大学郡元キャンパス
    • 年月日
      2017-03-16 – 2017-03-18
  • [学会発表] ブラシノステロイドによるシロイヌナズナの胚軸伸長誘導2017

    • 著者名/発表者名
      高橋宏二、南杏鶴、木下俊則
    • 学会等名
      第58回日本植物生理学会
    • 発表場所
      鹿児島大学郡元キャンパス
    • 年月日
      2017-03-16 – 2017-03-18
  • [学会発表] 高温阻害を用いたストライガのストリゴラクトン高感受性受容体の解析2017

    • 著者名/発表者名
      藤茂雄、土屋雄一朗、木下俊則、ピーターマッコート
    • 学会等名
      第58回日本植物生理学会
    • 発表場所
      鹿児島大学郡元キャンパス
    • 年月日
      2017-03-16 – 2017-03-18
  • [学会発表] A protein kinase BHP mediates blue light-dependent stomatal opening2017

    • 著者名/発表者名
      Maki Hayashi, Shin-ichiro Inoue, Yoshihisa Ueno, Toshinori Kinoshita
    • 学会等名
      第58回日本植物生理学会
    • 発表場所
      鹿児島大学郡元キャンパス
    • 年月日
      2017-03-16 – 2017-03-18
  • [学会発表] Immunohistochemical screening for blue light-induced phosphorylation of the plasma membrane H+-ATPase in guard cells2017

    • 著者名/発表者名
      Eigo Ando, Toshinori Kinoshita
    • 学会等名
      第58回日本植物生理学会
    • 発表場所
      鹿児島大学郡元キャンパス
    • 年月日
      2017-03-16 – 2017-03-18
  • [学会発表] Effect of day-length on light-induced stomatal opening in Arabidopsis thaliana2017

    • 著者名/発表者名
      Saya Aoki, Norihito Nakamichi, Hiroyuki Tsuji, Toshinori Kinoshita
    • 学会等名
      第58回日本植物生理学会
    • 発表場所
      鹿児島大学郡元キャンパス
    • 年月日
      2017-03-16 – 2017-03-18
  • [学会発表] Screening of chemical library to identify new molecules, which affect on stomatal movements2017

    • 著者名/発表者名
      Kohei Yamagishi, Shigeo Toh, Ayato Sato, Toshinori Kinoshita
    • 学会等名
      第58回日本植物生理学会
    • 発表場所
      鹿児島大学郡元キャンパス
    • 年月日
      2017-03-16 – 2017-03-18
  • [学会発表] Analysis of physiological function of the plasma membrane H+-ATPase in Marchantia polymorpha2017

    • 著者名/発表者名
      Kotaro Nakane, Tameo You, Masaki Okumura, Shin-ichiro Inoue, Kimitsune Ishizaki, Takayuki Kohchi, Toshinori Kinoshita
    • 学会等名
      第58回日本植物生理学会
    • 発表場所
      鹿児島大学郡元キャンパス
    • 年月日
      2017-03-16 – 2017-03-18
  • [学会発表] Small molecules controlling Arabidopsis circadian clock2016

    • 著者名/発表者名
      Norihito Nakamichi, Takahiro N. Uehara, Junichiro Yamaguchi,Yoshiyuki Mizutani, Keiko Kuwata, Ayato Sato, Kenichiro Itami,Toshinori Kinoshita
    • 学会等名
      Cold Spring Harbor Asia meeting in 2016
    • 発表場所
      Awaji, Japan
    • 年月日
      2016-11-29 – 2016-12-02
    • 国際学会
  • [学会発表] Involvement of chloroplast protein ClpC1/HSP93-V in regulation of stomatal aperture in Arabidopsis thaliana2016

    • 著者名/発表者名
      Masakazu Tomiyama, Akihiro Nomura, Takamasa Suzuki, Tetsuya Higashiyama, Toshinori Kinoshita
    • 学会等名
      Cold Spring Harbor Asia meeting in 2016
    • 発表場所
      Awaji, Japan
    • 年月日
      2016-11-29 – 2016-12-02
    • 国際学会
  • [学会発表] Evolutionary conservativeness of H+-ATPase mediated stomatal opening2016

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Toda, Yin Wang, Akira Takahashi, Yuya Kawai, Yasuomi Tada, Naoki Yamaji, Jian F. Ma, Motoyuki Ashikari, Toshinori Kinoshita
    • 学会等名
      Cold Spring Harbor Asia meeting in 2016
    • 発表場所
      Awaji, Japan
    • 年月日
      2016-11-29 – 2016-12-02
    • 国際学会
  • [学会発表] Photosynthesis-dependent activation of the plasma membrane H+-ATPase via sugar accumulation2016

    • 著者名/発表者名
      Masaki Okumura, Shin-ichiro Inoue, Keiko Kuwata, Toshinori Kinoshita
    • 学会等名
      Cold Spring Harbor Asia meeting in 2016
    • 発表場所
      Awaji, Japan
    • 年月日
      2016-11-29 – 2016-12-02
    • 国際学会
  • [学会発表] 植物の環境応答に及ぼす気孔開閉の生理的意義とシグナル伝達2016

    • 著者名/発表者名
      木下俊則
    • 学会等名
      名城大学組換えDNA講演会
    • 発表場所
      名城大学天白キャンパス
    • 年月日
      2016-11-19 – 2016-11-19
    • 招待講演
  • [学会発表] Regulation of stomatal aperture by genetic and chemical approaches2016

    • 著者名/発表者名
      Toshinori Kinoshita
    • 学会等名
      2016 ITbM-IoC Joint Workshop on Biomolecules and Materials
    • 発表場所
      Nagoya, Japan
    • 年月日
      2016-11-16 – 2016-11-17
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 葉緑体発達制御因子GLK1/2は気孔開閉制御を介してオゾン耐性に関与する2016

    • 著者名/発表者名
      永利友佳理、光田展隆、林真紀、井上晋一郎、大熊英治、村田芳行、瀬尾光範、 佐治光、木下俊則、高木優
    • 学会等名
      第34回日本植物細胞分子生物学会(上田)大会
    • 発表場所
      信州大学繊維学部
    • 年月日
      2016-09-01 – 2016-09-03
  • [学会発表] 気孔による水分ストレス制御2016

    • 著者名/発表者名
      木下俊則
    • 学会等名
      科学技術振興機構(JST)研究開発戦略センター(CRDS)ライフサイエンス・臨床医学ユニット 俯瞰ワークショップ
    • 発表場所
      JST東京本部別館
    • 年月日
      2016-06-25 – 2016-06-25
    • 招待講演
  • [学会発表] Regulation of the plasma membrane H+-ATPase in response to physiological signals2016

    • 著者名/発表者名
      Toshinori Kinoshita, Masaki Okumura, Yosuke Toda, Koji Takahashi
    • 学会等名
      Agriculture Resources and Environment: Science and Technology
    • 発表場所
      Nanjing Agricultural University
    • 年月日
      2016-05-21 – 2016-05-24
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Manipulation of stomatal aperture by genetic and chemical approaches2016

    • 著者名/発表者名
      Toshinori Kinoshita
    • 学会等名
      Syngenta-ITbM, Nagoya University meeting
    • 発表場所
      Switzerland
    • 年月日
      2016-04-21 – 2016-04-21
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 植物生理学グループwebページ

    • URL

      http://plantphys.bio.nagoya-u.ac.jp/

  • [備考] 環境記憶統合webページ

    • URL

      http://www.rs.tus.ac.jp/plantmemory/index.html

  • [産業財産権] 植物気孔開口調節剤2016

    • 発明者名
      木下俊則、井上心平、戸田陽介、佐藤綾人、青木沙也、藤茂雄
    • 権利者名
      木下俊則、井上心平、戸田陽介、佐藤綾人、青木沙也、藤茂雄
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2016-194748
    • 出願年月日
      2016-09-30

URL: 

公開日: 2018-01-16  

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