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2018 年度 実績報告書

乾燥及び温度ストレスに対する植物の時空間的応答と記憶の分子機構

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 15H05960
研究機関東京大学

研究代表者

篠崎 和子  東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (30221295)

研究分担者 伊藤 秀臣  北海道大学, 理学研究院, 准教授 (70582295)
研究期間 (年度) 2015-06-29 – 2020-03-31
キーワードシロイヌナズナ / 乾燥ストレス応答 / 高温ストレス応答 / 低温ストレス応答 / 転写因子 / タンパク質キナーゼ / 翻訳後調節 / トランスポゾン
研究実績の概要

2018年度は以下の3つの研究を進めた。
1)乾燥・高温ストレス応答を制御する転写因子DREB2Aの活性化機構の解明:植物の乾燥及び高温ストレスによる遺伝子発現を活性化する転写因子DREB2Aは、通常条件下では植物細胞内で速やかに分解され活性を示さない。DREB2Aから中央部の短いアミノ酸配列(NRD)を除くと安定な活性型に変換され、植物に導入するとストレス耐性が向上する。このNRD内部のSer/Thr残基がリン酸化されるとDREB2Aはプロテアソーム系によって分解されることを明らかにした。さらに、このリン酸化はカゼインキナーゼ1によることや高温ストレスに応答して減少することを示した。ストレス時のNRDのリン酸化の阻害がDREB2Aを安定な活性型に変換すると考えられた。
2)シロイヌナズナの低温誘導性遺伝子発現制御機構の解明:低温に晒された植物は、低温誘導性遺伝子発現を制御する転写因子遺伝子であるDREB1の発現を強く誘導することで、耐性獲得に働く遺伝子群を制御する。季節変化などに起こる緩やかな温度低下と異常気象や夜間に起こる急激な温度低下に対して、植物は二つの異なるシグナル伝達機構を働かせ耐性機構を制御している。DREB1AとDREB1C遺伝子は概日時計の中心振動体を形成するCCA1とLHYによって制御されていることを示したが、さらに新規の複数の転写因子によっても発現制御されていることを明らかにした。
3)高温ストレス活性型レトロトランスポゾンONSENの転写制御因子の同定:高温ストレス活性型のレトロトランスポゾンのストレス応答機構を解明するために、転移誘導系を解析する過程で、高温ストレス処理を行ったカルスから再分化した個体の子孫で、高温ストレス応答に変化があることを見いだした。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

1)乾燥・高温ストレス応答を制御する転写因子DREB2Aの活性化機構の解明: DREB2AからNRDを除くと安定な活性型に変換されるが、その機構が不明であった。このNRD内部のSer/Thr残基がリン酸化されるとDREB2Aはプロテアソーム系によって分解されることが示されたことから、NRD の機能が解明される画期的成果が得られ論文として発表することができた。
2)シロイヌナズナの低温誘導性遺伝子発現制御機構の解明:低温に晒された植物は、低温誘導性遺伝子発現を制御する転写因子遺伝子であるDREB1の発現を強く誘導することで、耐性獲得に働く遺伝子群を制御する。DREB1AとDREB1C遺伝子の発現を制御する新規の複数の転写因子を同定することに成功し、研究は飛躍的に進んだ。
3)高温ストレス活性型レトロトランスポゾンONSENの転写制御因子の同定:高温ストレス処理を行ったカルスから再分化した個体の子孫で、高温ストレス応答に変化があることを示されたことから、エピジェネティックな修飾を解析する材料が得られるなど、今後につながる成果を得た。

今後の研究の推進方策

1)乾燥・高温ストレス誘導性遺伝子発現を制御する転写因子DREB2Aの活性化機構の解明: 高温ストレスに応答したDREB2Aの安定化に関わるNRDのリン酸化を制御するタンパク質キナーゼを同定する。
2)シロイヌナズナの低温誘導性遺伝子発現制御機構の解明:低温ストレスによる遺伝子発現制御機構で働く新規の転写因子の活性化機構を解明する。
3)高温ストレス活性型レトロトランスポゾンONSENの転写制御因子の同定:高温ストレス処理した植物の子孫を用いて網羅的遺伝子発現解析を行うとともにエピジェネティックな修飾の変化を解析する。

  • 研究成果

    (24件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件、 オープンアクセス 8件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 4件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] NF-YB2 and NF-YB3 Have Functionally Diverged and Differentially Induce Drought and Heat Stress-Specific Genes2019

    • 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] The Role of Abscisic Acid Signaling in Maintaining the Metabolic Balance Required for Arabidopsis Growth under Nonstress Conditions2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshida Takuya、Obata Toshihiro、Feil Regina、Lunn John E.、Fujita Yasunari、Yamaguchi-Shinozaki Kazuko、Fernie Alisdair R.
    • 雑誌名

      The Plant Cell

      巻: 31 ページ: 84~105

    • DOI

      10.1105/tpc.18.00766

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] ER-Anchored Transcription Factors bZIP17 and bZIP28 Regulate Root Elongation2018

    • 著者名/発表者名
      Kim June-Sik、Yamaguchi-Shinozaki Kazuko、Shinozaki Kazuo
    • 雑誌名

      Plant Physiology

      巻: 176 ページ: 2221~2230

    • DOI

      10.1104/pp.17.01414

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A small peptide modulates stomatal control via abscisic acid in long-distance signalling2018

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Fuminori、Suzuki Takehiro、Osakabe Yuriko、Betsuyaku Shigeyuki、Kondo Yuki、Dohmae Naoshi、Fukuda Hiroo、Yamaguchi-Shinozaki Kazuko、Shinozaki Kazuo
    • 雑誌名

      Nature

      巻: 556 ページ: 235~238

    • DOI

      10.1038/s41586-018-0009-2

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Tracking microRNA Processing Signals by Degradome Sequencing Data Analysis2018

    • 著者名/発表者名
      Yu Dongliang、Xu Min、Ito Hidetaka、Shao Weishan、Ma Xiaoxia、Wang Huizhong、Meng Yijun
    • 雑誌名

      Frontiers in Genetics

      巻: 9 ページ: -

    • DOI

      10.3389/fgene.2018.00546

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Characterization of a heat-activated retrotransposon in <i>Vigna angularis</i>2018

    • 著者名/発表者名
      Masuta Yukari、Kawabe Akira、Nozawa Kosuke、Naito Ken、Kato Atsushi、Ito Hidetaka
    • 雑誌名

      Breeding Science

      巻: 68 ページ: 168~176

    • DOI

      10.1270/jsbbs.17085

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Heat-induced inhibition of phosphorylation of the stress-protective transcription factor DREB2A promotes thermotolerance ofArabidopsis thaliana2018

    • 著者名/発表者名
      Mizoi Junya、Kanazawa Natsumi、Kidokoro Satoshi、Takahashi Fuminori、Qin Feng、Morimoto Kyoko、Shinozaki Kazuo、Yamaguchi-Shinozaki Kazuko
    • 雑誌名

      Journal of Biological Chemistry

      巻: 294 ページ: 902~917

    • DOI

      10.1074/jbc.RA118.002662

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A gene-stacking approach to overcome the trade-off between drought stress tolerance and growth in Arabidopsis2018

    • 著者名/発表者名
      Kudo Madoka、Kidokoro Satoshi、Yoshida Takuya、Mizoi Junya、Kojima Mikiko、Takebayashi Yumiko、Sakakibara Hitoshi、Fernie Alisdair R.、Shinozaki Kazuo、Yamaguchi-Shinozaki Kazuko
    • 雑誌名

      The Plant Journal

      巻: 97 ページ: 240~256

    • DOI

      10.1111/tpj.14110

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] シロイヌナズナのストレス応答性転写因子DREB2Aの翻訳後制御に関わるプロテインキナーゼの解析2019

    • 著者名/発表者名
      溝井順哉,高橋亮輔,中道範人,木下俊則,篠崎一雄,篠崎和子
    • 学会等名
      第60回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] 乾燥ストレス条件下において組織特異的に生合成されるアブシシン酸前駆体およびアブシシン酸の器官間の移動2019

    • 著者名/発表者名
      戸高大輔,田川祐眞,最上惇郎,渡邊俊介,瀬尾光範,筒井大貴,川勝弥一,野田口理孝,篠崎和子
    • 学会等名
      第60回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] Functional Analysis of 70 kDa Heat Shock Proteins in the Regulation of Heat Stress Responsive Gene Expression in Arabidopsis2019

    • 著者名/発表者名
      Asad Jan, Huimei Zhao, Naohiko Ohama, Shinya Koizumi, Kazuya Kusakabe, Junya Mizoi, Satoshi Kidokoro, Kazuo Shinozaki, Kazuko Yamaguchi-Shinozaki
    • 学会等名
      第60回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] 概日時計を介したシロイヌナズナDREB1遺伝子の低温誘導性発現制御2019

    • 著者名/発表者名
      城所聡,原口裕基,石川朋奈,戸田智美,篠崎一雄,篠崎和子
    • 学会等名
      第60回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] シロイヌナズナにおけるサブクラス I SnRK2 の活性を制御するプロテインキナーゼの同定2019

    • 著者名/発表者名
      相馬史幸,高橋史憲,鈴木孝征,篠崎一雄,篠崎和子
    • 学会等名
      第60回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] イネにおける転写因子HsfA1 の高温ストレス応答における機能解析2019

    • 著者名/発表者名
      野口萌子,大濱直彦,戸高大輔,城所聡,篠崎一雄,篠崎和子
    • 学会等名
      第60回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] 葉の形態形成に関わるイネ転写因子OsPIL7 の機能解析2019

    • 著者名/発表者名
      橋本貴将,戸高大輔,趙宇,篠崎一雄,篠崎和子
    • 学会等名
      第60回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] 浸透圧ストレス時にシロイヌナズナのタンパク質リン酸化酵素SnRK2 の活性を制御する上流因子の同定2019

    • 著者名/発表者名
      福井あずさ,相馬史幸,最上惇郎,佐藤花綸,佐藤裕太,高橋史憲,篠崎一雄,篠崎和子
    • 学会等名
      第60回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] クチクラ形成を調節する植物の乾燥応答ネットワークの解析2019

    • 著者名/発表者名
      浦野薫,圓山恭之進,大島良美,石川寿樹,佐藤繭子,川合真紀,豊岡公徳,篠崎(山口)和子, 篠崎一雄
    • 学会等名
      第60回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] 小胞体ストレス応答性転写因子 bZIP17、bZIP28 による根部伸長制御2019

    • 著者名/発表者名
      June-Sik Kim,坂本勇貴,高橋史憲,小嶋美紀子,浦野薫,榊原均,松永幸大,篠崎和子,篠崎一雄
    • 学会等名
      第60回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] Long-distance peptide signaling in drought stress responses2019

    • 著者名/発表者名
      Fuminori Takahashi, Takehiro Suzuki, Yuriko Osakabe, Shigeyuki Betsuyaku, Yuki Kondo, Naoshi Dohmae, Hiroo Fukuda, Kazuko Yamaguchi-Shinozaki, Kazuo Shinozaki
    • 学会等名
      第60回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] Identification of regulator kinases of mRNA decay under osmotic stress conditions in Arabidopsis2018

    • 著者名/発表者名
      Soma Fumiyuki, Mogami Junro, Sato Yuta, Takahashi Fuminori, Shinozaki Kazuo, Yamaguchi-Shinozaki Kazuko
    • 学会等名
      29th International Conference on Arabidopsis Research
    • 国際学会
  • [学会発表] Analysis of novel transcription activators of the NCED3 gene that regulates drought stress responses in Arabidopsis Thaliana2018

    • 著者名/発表者名
      Hikaru Sato, Hironori Takasaki, Fuminori Takahashi, Satoshi Iuchi, Nobutaka Mitsuda, Masaru Ohme-Takagi, Miho Ikeda, Kazuko Yamaguchi-Shinozaki, Kazuo Shinozaki
    • 学会等名
      29th International Conference on Arabidopsis Research
    • 国際学会
  • [学会発表] Two ER-Anchored Transcription Factors bZIP17 and bZIP28 Jointly Regulate Root Elongation and Cell Growth Genes Expression2018

    • 著者名/発表者名
      June-Sik Kim, Yuki Sakamoto, Sachihiro Matsunaga, Kazuko Yamaguchi-Shinozaki, Kazuo Shinozaki
    • 学会等名
      29th International Conference on Arabidopsis Research
    • 国際学会
  • [学会発表] Different cold-signaling pathways in the responses to rapid and gradual decreases in temperature2018

    • 著者名/発表者名
      Kidokoro Satoshi, Takahashi Fuminori, Shinozaki Kazuo, Yamaguchi-Shinozaki Kazuko
    • 学会等名
      11th International Plant Cold Hardiness Seminar
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] シロイヌナズナにおけるCAMTA転写因子による低温誘導性遺伝子の発現制御2018

    • 著者名/発表者名
      城所聡、橋本紫光、高橋史憲、篠崎一雄、篠崎和子
    • 学会等名
      第63回低温生物工学会
    • 招待講演

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公開日: 2021-01-27  

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