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2019 年度 実績報告書

様々なタイプのオートファジーによる植物の高次機能発現

計画研究

研究領域マルチモードオートファジー:多彩な経路と選択性が織り成す自己分解系の理解
研究課題/領域番号 19H05713
研究機関明治大学

研究代表者

吉本 光希  明治大学, 農学部, 専任教授 (40399316)

研究分担者 海老根 一生  基礎生物学研究所, 細胞動態研究部門, 助教 (90590399)
研究期間 (年度) 2019-06-28 – 2024-03-31
キーワードオートファジー / 液胞 / 植物 / オルガネラ / 環境ストレス
研究実績の概要

植物は一度大地に芽生えると移動することができないため独自の環境応答機能を進化させてきており、他の生物とは一線を画していると考えられる。本研究計画では、独立栄養生物であるが故に存在する様々なタイプのオートファジー機構の解明、およびそれらによる植物の高次機能発現の解明を目的とし、その成果をもとに、植物オートファジーの環境応答機能としての重要性を理解して他の生物と比較しながら植物の巧みな生存戦略の一端を紐解くことを目指す。今年度は以下の課題を推進した。
①カルス形成における植物マクロオートファジーの役割
野生型植物およびマクロオートファジー不能植物を発芽後一週間暗処理し、伸長した胚軸をナイフで切出し、障害応答性カルス形成頻度およびサイズを比較した。マクロオートファジー不能植物の胚軸葉側では、炭素欠乏時にカルス形成頻度・サイズともに低下すること、胚軸根側では、炭素欠乏だけでなく窒素欠乏でもカルス形成頻度・サイズが低下することを見出した。
②栄養欠乏下における植物マクロオートファジーの役割
亜鉛 (Zn) 欠乏環境下において、植物が細胞内自己分解システムであるオートファジーを用い、生体内のZnリサイクル効率を上昇させていることを発見した。Zn欠乏下では、オートファジー活性が上昇し、細胞内のタンパク質や細胞小器官など自己成分が分解された。この分解によりタンパク質に結合した、あるいは、細胞小器官に蓄積していたZnが遊離Zn2+イオンとして取り出され、必要箇所に再供給されることを見出した。また、オートファジー欠損変異体植物のZn欠乏症状を解析することで、Znのリサイクル効率を上昇させる仕組みが植物のZn欠乏症状 (クロロシス) の抑制に重要であることを証明した(Shinozaki et al., Plant Physiol., 2020)。

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

栄養欠乏下における植物マクロオートファジーの役割について、特に亜鉛欠乏に着目して行った研究では、オートファジーが生体内のZnリサイクル効率を上昇させていることを発見し、それが、植物のZn欠乏症状 (クロロシス) の抑制に重要であることを証明しており、既に原著論文を発表しているため。

今後の研究の推進方策

カルス形成における植物マクロオートファジーの役割について、マクロオートファジー不能植物の胚軸で、障害誘導性カルスの形成頻度・サイズが特に炭素飢餓下で低下することを明らかにしたが、その原因についてさらに精査する。炭素源が枯渇すると、通常のTCA回路を経るミトコンドリア呼吸経路ではなく、分岐鎖アミノ酸(BCAA)を基質としたミトコンドリア代替経路によるATP産生が起こることが報告されている。炭素飢餓培地にカザミノ酸を添加し、マクロオートファジー不能植物のカルス形成頻度・サイズが回復するかを調べることで、マクロオートファジーを介したアミノ酸再供給によるエネルギー産生がカルス形成に重要であることを明らかにする。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 2件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件)

  • [国際共同研究] フランス国立農学研究所/フランスの国立科学研究センター(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      フランス国立農学研究所/フランスの国立科学研究センター
  • [雑誌論文] Autophagy increases zinc bioavailability to avoid light-mediated reactive oxygen species production under zinc deficiency.2020

    • 著者名/発表者名
      6.Shinozaki D, Merkulova A. E, Naya L, Horie T, Kanno Y, Seo M, Ohsumi Y, Masclaux-Daubresse C, *Yoshimoto K.
    • 雑誌名

      Plant Physiol.

      巻: 182 ページ: 1284-296

    • DOI

      10.1104/pp.19.01522

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 植物の必須栄養素から考える植物オートファジーの重要性2019

    • 著者名/発表者名
      吉本光希
    • 雑誌名

      生化学

      巻: 91 ページ: 652-658

    • DOI

      10.14952/SEIKAGAKU.2019.910652

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Autophagy and nutrients management in plants.2019

    • 著者名/発表者名
      7.Chen Q, Shinozaki D, Luo J, Pottier M, Have M, Marmagne A, Reisdorf-Cren M, Chardon F, Thomine S, Yoshimoto K, *Masclaux-Daubresse C.
    • 雑誌名

      Cells

      巻: 8 ページ: e1426

    • DOI

      10.3390/cells8111426

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 選択的・非選択的オートファジーによる植物生体内恒常性維持2020

    • 著者名/発表者名
      吉本光希
    • 学会等名
      植物オルガネラワークショップ
    • 招待講演
  • [学会発表] 主根伸長における小胞体局在SNAREタンパク質の役割2020

    • 著者名/発表者名
      吉竹悠宇志,早坂渉,吉本光希
    • 学会等名
      日本植物生理学会年会
  • [学会発表] オートファジーによる亜鉛の再利用効率向上は,亜鉛欠乏時の葉緑体でのヒドロキシラジカルの生成を抑制する2020

    • 著者名/発表者名
      篠崎大樹,Ekaterina Merkulova,Loreto Naya,Celine Masclaux-Daubresse,吉本光希
    • 学会等名
      日本植物生理学会年会
  • [学会発表] 植物オートファジーによる亜鉛の生物的利用能の向上2019

    • 著者名/発表者名
      篠崎 大樹, Ekaterina A. Merkulova, Loreto Naya, 堀江 哲郎, 大隅 良典, Celine Masclaux-Daubresse, 吉本 光希
    • 学会等名
      植物の栄養研究会
  • [学会発表] カルス形成におけるオートファジーの役割2019

    • 著者名/発表者名
      宇津木優樹,岩瀬哲,吉本光希
    • 学会等名
      オートファジー研究会
  • [学会発表] 様々なタイプのオートファジーによる植物の高次機能発現2019

    • 著者名/発表者名
      吉本光希
    • 学会等名
      オートファジー研究会
  • [学会発表] Physiological roles of autophagy under Zn deficiency in plants.2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshimoto, K.
    • 学会等名
      International Conference on Food Factors
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2021-12-27  

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