環境刺激による気孔開度制御機構の解析

2019 年度 実績報告書

• 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, 准教授 (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 / 気孔 / 環境応答

研究実績の概要

植物の環境応答のモデル細胞である気孔孔辺細胞を主な材料に、未解明の部分の多い植物の環境応答のシグナル伝達に関わる新奇因子を同定し、作用機作を明らかにする。さらに、様々な環境刺激に応答した気孔孔辺細胞や茎長分裂組織におけるクロマチン修飾による環境記憶システムの解析を進め、気孔開度制御や花成制御における環境記憶の生理的意義を明らかにする。また、土壌の栄養状態や環境ストレスによる気孔開度制御の長距離シグナル伝達システムの解析を行い、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解明を目指して研究を進めてきた。
その結果、青色光シグナル伝達に関わる新規因子BHPをケミカルジェネティクスにより、細胞膜プロトンポンプの活性制御に関わるPP2C-Dsを生理・生化学的解析により同定した。また、ケミカルスクリーニングにより、９つの気孔開口を抑制する新規化合物と、気孔開口を促進する２つの化合物を発見した。さらに、気孔開度への日長の影響を調べ、日の短い環境で育てた植物よりも、日の長い環境で育てた植物では、光周性因子の働きにより、気孔が大きく開くことが明らかとなった。さらに興味深いことに、日の長い環境から日の短い環境に植物を移動しても、少なくとも１週間は気孔が大きく開く効果が持続することを見出し、植物の光合成や成長に重要な働きをする気孔が、環境情報を細胞レベルで記憶していることを示すものであり、その仕組みの解明に繋がる分子メカニズムが明らかとなった。加えて、土壌の栄養条件と気孔開度の関係を調べ、主要な無機養分が欠乏すると光による気孔開口が抑制され、無機養分の再添加により回復することが明らかとなってきた。これらの結果は、根における栄養欠乏の情報が、地上部の気孔孔辺細胞に伝わり、気孔開度が制御されていることが示唆された。現在、この長距離シグナル伝達についての解析を進めている。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元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] Regulation of stomatal opening and histone modification by photoperiod in Arabidopsis thaliana (2019)
  • 著者名/発表者名: Aoki Saya、Toh Shigeo、Nakamichi Norihito、Hayashi Yuki、Wang Yin、Suzuki Takamasa、Tsuji Hiroyuki、Kinoshita Toshinori
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 ページ: 10054(9pages)
  • DOI: 10.1038/s41598-019-46440-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Casein kinase 1 family regulates PRR5 and TOC1 in the Arabidopsis circadian clock (2019)
  • 著者名/発表者名: Uehara, T. N., Mizutani, Y., Kuwata, K., Hirota, T., Sato, A., Mizoi, J., Takao, S., Matsuo, H., Suzuki, T., Ito, S., Saito, A. N., Nishiwaki-Ohkawa, T., Yamaguchi-Shinozaki, K., Yoshimura, T,. Kay, S. A., Itami, K., Kinoshita, T., Yamaguchi, J., and Nakamichi, N.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 116 ページ: 11528～11536
  • DOI: 10.1073/pnas.1903357116
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Evolutionary Insight into the Clock-Associated PRR5 Transcriptional Network of Flowering Plants (2019)
  • 著者名/発表者名: Toda Yosuke、Kudo Toru、Kinoshita Toshinori、Nakamichi Norihito
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 ページ: 2983(14pages)
  • DOI: 10.1038/s41598-019-39720-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Pinstatic Acid Promotes Auxin Transport by Inhibiting PIN Internalization (2019)
  • 著者名/発表者名: Oochi Akihiro、Hajny Jakub、Fukui Kosuke、Nakao Yukio、Gallei Michelle、Quareshy Mussa、Takahashi Koji、Kinoshita Toshinori、Harborough Sigurd Ramans、Kepinski Stefan、Kasahara Hiroyuki、Napier Richard、Friml Ji??、Hayashi Ken-ichiro
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 180 ページ: 1152～1165
  • DOI: 10.1104/pp.19.00201
• [雑誌論文] AtNOT1 Is a Novel Regulator of Gene Expression during Pollen Development (2019)
  • 著者名/発表者名: Motomura Kazuki、Arae Toshihiro、Araki-Uramoto Haruka、Suzuki Yuya、Takeuchi Hidenori、Suzuki Takamasa、Ichihashi Yasunori、Shibata Arisa、Shirasu Ken、Takeda Atsushi、Higashiyama Tetsuya、Chiba Yukako
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 61 ページ: 712～721
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz235
• [雑誌論文] Histone acetylation orchestrates wound-induced transcriptional activation and cellular reprogramming in Arabidopsis (2019)
  • 著者名/発表者名: Rymen Bart、Kawamura Ayako、Lambolez Alice、Inagaki Soichi、Takebayashi Arika、Iwase Akira、Sakamoto Yuki、Sako Kaori、Favero David S.、Ikeuchi Momoko、Suzuki Takamasa、Seki Motoaki、Kakutani Tetsuji、Roudier Fran?ois、Sugimoto Keiko
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 2 ページ: 404(15pages)
  • DOI: 10.1038/s42003-019-0646-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] NF-YB2 and NF-YB3 Have Functionally Diverged and Differentially Induce Drought and Heat Stress-Specific Genes (2019)
  • 著者名/発表者名: Sato Hikaru、Suzuki Takamasa、Takahashi Fuminori、Shinozaki Kazuo、Yamaguchi-Shinozaki Kazuko
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 180 ページ: 1677～1690
  • DOI: 10.1104/pp.19.00391
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] LSD1-LIKE1-Mediated H3K4me2 Demethylation Is Required for Homologous Recombination Repair (2019)
  • 著者名/発表者名: Hirakawa Takeshi、Kuwata Keiko、Gallego Maria E.、White Charles I.、Nomoto Mika、Tada Yasuomi、Matsunaga Sachihiro
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 181 ページ: 499～509
  • DOI: 10.1104/pp.19.00530
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 気孔開口を抑制する新規小分子の標的同定に向けての取り組み (2020)
  • 著者名/発表者名: 相原悠介，辛洸徹，藤茂雄，井上心平，佐藤綾人，木下俊則
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] ソラマメ孔辺細胞におけるABA-RESPONSIVE KINASE SUBSTRATE オーソログの同定 (2020)
  • 著者名/発表者名: 林優紀，高橋洋平，桑田啓子，鈴木孝征，木下俊則
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] PUB-ARM 型E3リガーゼNOPPERABO1 は陸上植物において細胞壁の再構築を介した間隙形成に重要である (2020)
  • 著者名/発表者名: 水谷未耶，林優紀，Christian Ganser，内橋貴之，石崎公庸，西浜竜一，木下俊則，河内孝之，東山哲也，金岡雅浩
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] シロイヌナズナ葉における光合成依存的な細胞膜H+-ATPase活性化機構の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 木下悟，奥村将樹，木下俊則
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 気孔開口情報伝達経路に作用する新規化合物の機能解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 辛洸徹，相原悠介，藤茂雄，井上心平，佐藤綾人，木下俊則
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 孔辺細胞における細胞膜H+-ATPase の活性化に依存したリンゴ酸合成の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 深津孝平，林優紀，桑田啓子，鈴木孝征，木下俊則
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] イネ細胞膜H+-ATPase の能動的なSi 取り込みへの関与 (2020)
  • 著者名/発表者名: 山本沙実人，河合優弥，奥村将樹，楊為雄，三谷奈見季，山地直樹，馬建鋒，木下俊則
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 光に応答したダイズの葉の運動解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 久保裕亮，三島梨愛，木下俊則，井上晋一郎
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 気孔開度調節による植物の成長制御技術の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 木下俊則
  • 学会等名: 関東種苗生産協議会セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 気孔開閉の分子機構の解明と人為的な気孔開度制御技術の開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 木下俊則
  • 学会等名: 公益社団法人 新化学発展協会 ライフサイエンス技術部会反応分科会
  • 招待講演
• [学会発表] Regulation of stomatal movements in response to environmental signals (2019)
  • 著者名/発表者名: Toshinori Kinoshita
  • 学会等名: Frontiers in plant environmental response research ‘local signaling, long-distance communication and memory for developmental plasticity’
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 植物の巧みな環境応答?気孔開度制御による植物の生存・成長戦略? (2019)
  • 著者名/発表者名: 木下俊則
  • 学会等名: 瑞陵総合大学
  • 招待講演
• [学会発表] 気孔開度制御による植物の光合成活性と生産量の促進 (2019)
  • 著者名/発表者名: 木下俊則
  • 学会等名: BioJapan 2019
• [学会発表] 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 (2019)
  • 著者名/発表者名: 木下俊則
  • 学会等名: コンポン研究所セミナー『植物の環境適応能力とその誘導』
  • 招待講演
• [学会発表] Regulation of stomatal movements by nutrients via long-distance signaling (2019)
  • 著者名/発表者名: Toshinori Kinoshita
  • 学会等名: Nitrogen2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 環境刺激に応答した気孔開度の多様な制御機構 (2019)
  • 著者名/発表者名: 木下俊則
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
• [学会発表] CK II は細胞膜H+-ATPase の活性化を通じて青色光に応答した気孔開口を仲介する (2019)
  • 著者名/発表者名: 井上晋一郎、高橋 洋平、林 真妃、奥村 将樹、澤崎 達也、Michael B. Palmgren、木下 俊則
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
• [学会発表] 孔辺細胞の細胞膜H+-ATPase の光合成依存的なリン酸化の制御機構の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 安藤英伍、木下 俊則
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
• [学会発表] E3リガーゼNOPPERABO1は細胞壁の再構築を介して陸上植物の通気組織形成を制御する (2019)
  • 著者名/発表者名: 水谷未耶、林優紀、Christian Ganser、内橋貴之、石崎公庸、西浜竜一、木下俊則、河内孝之、東山哲也、金岡雅浩
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
• [学会発表] 気孔開度を制御する新規化合物の分子機構の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 辛洸徹、相原悠介、藤茂雄、木下俊則
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
• [学会発表] 光による気孔開口と細胞膜プロトンポンプの活性調節 (2019)
  • 著者名/発表者名: 木下俊則
  • 学会等名: 東北大学大学院工学研究科バイオ工学専攻セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 気孔開度を調節し、植物成長を制御する (2019)
  • 著者名/発表者名: 木下俊則
  • 学会等名: 中日文化センター講座
  • 招待講演
• [学会発表] 植物の巧みな環境応答 (2019)
  • 著者名/発表者名: 木下俊則
  • 学会等名: 夢ナビ講義ライブ
  • 招待講演
• [学会発表] Regulation of light-induced stomatal opening and plasma membrane H+-ATPase (2019)
  • 著者名/発表者名: Toshinori Kinoshita
  • 学会等名: The 18th International Workshop on Plant Membrane Biology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Red light induces photosynthesis-dependent phosphorylation of plasma membrane H+-ATPase in stomatal guard cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Eigo Ando, Toshinori Kinoshita
  • 学会等名: The 18th International Workshop on Plant Membrane Biology
  • 国際学会
• [学会発表] Phosphoproteomic analysis in guard cell protoplasts from Vici faba in response to blue light and fusicoccin (2019)
  • 著者名/発表者名: Kohei Fukatsu, Yuki Hayashi, Keiko Kuwata, Takamasa Suzuki, Toshinori Kinoshita
  • 学会等名: The 18th International Workshop on Plant Membrane Biology
  • 国際学会
• [学会発表] Essential role for Si uptake and Si-dependent activation of the plasma membrane H+-ATPase in rice (2019)
  • 著者名/発表者名: Samito Yamamoto, Yuya Kawai, Koji Takahashi, Masaki Okumura, Tameo You, Namiki Mitani, Naoki Yamaji, Jian Feng Ma, Toshinori Kinoshita
  • 学会等名: The 18th International Workshop on Plant Membrane Biology
  • 国際学会
• [学会発表] Regulation of light-induced stomatal opening and plasma membrane H+-ATPase (2019)
  • 著者名/発表者名: Toshinori Kinoshita
  • 学会等名: Seminar, University of Tartu
  • 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: https://www.rs.tus.ac.jp/plantmemory/index.html