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2020 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

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栄養欠乏下における植物マクロオートファジーの役割
前年度、オートファジーは,亜鉛欠乏下で植物の細胞内亜鉛のリサイクルを促進し,葉のクロロシスを抑制することを明らかにしたが,亜鉛欠乏環境に直接さらされる根におけるオートファジーが地上部の表現型に影響を与えた可能性が考えられた。そこで、野生型とオートファジー不能植物を用いて接木実験を行い,オートファジー分解による亜鉛補給メカニズムは植物全体のシステミックなシステムではなく局所的であることを明らかにした(Shinozaki et al., Plant Signal. & Behav., 2020)。
また、亜鉛過剰下では植物は鉄の吸収阻害により鉄欠乏に陥るが、オートファジーが細胞内の多様な自己成分を分解することで、鉄イオンを回収し必要箇所へ再供給することで亜鉛毒性耐性を獲得していることを明らかにした(Shinozaki et al., Plant Cell Physiol., 2021)。
②ストレス下におけるマクロ・ミクロオートファジーの膜動態とその連携
アンモニアストレス下においてマクロオートファジーがオートファゴソームと液胞膜との融合ステップで阻害され,その一方で,液胞膜が陥入して細胞質成分を液胞内に輸送し分解するミクロオートファジーが活性化することを発見した。本発見は,未だ不明の植物ミクロオートファジーの分子機構解明に向けた新規研究ツールになり得る(Robert et al., Plant J., 2021)。

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

必須微量栄養素の中でも亜鉛に着目し、その欠乏下および過剰下における植物マクロオートファジーの役割について、明らかにし、原著論文を2報発表した。また、新たに、リン酸欠乏下におけるマクロオートファジーの役割を明らかにした。さらに、アンモニアストレス下においてマクロオートファジーがオートファゴソームと液胞膜との融合ステップで阻害され,その一方で,液胞膜が陥入して細胞質成分を液胞内に輸送し分解するミクロオートファジーが活性化することを発見した。これらについても原著論文をそれぞれ一報ずつ発表しており、おおむね順調に進展している。

今後の研究の推進方策

ストレス下におけるマクロ・ミクロオートファジーの膜動態とその連携について、アンモニアストレス条件下ではマクロオートファジーのフラックスが阻害され、一方でミクロオートファジーが誘導されることを見出した。本条件を使い、これまで、数個のマクロオートファジー関連因子・ATGタンパク質についてミクロオートファジーに関与するか調べたが、引き続き他のATGタンパク質についても調査する。
また、ミクロオートファジーだけに関与する新規因子の単離・同定のためのスクリーニングを行う。既に、液胞膜を可視化できるトランスジェニック植物の種子をEMSで変異原処理し、自家受粉させた後のM2種子を獲得済みであり、共焦点レーザー顕微鏡観察によるスクリーニングを順次行う。候補変異体がある程度取得できた後、それらの全ゲノム配列を次世代シーケンサーで解析し、変異遺伝子を特定する。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 2件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (2件) (うち招待講演 1件)

  • [国際共同研究] アルゼンチン国立農牧技術院(アルゼンチン)

    • 国名
      アルゼンチン
    • 外国機関名
      アルゼンチン国立農牧技術院
  • [国際共同研究] フランス国立農学研究所(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
  • [雑誌論文] Ammonium stress increases microautophagic activity while impairing macroautophagic flux in Arabidopsis roots2021

    • 著者名/発表者名
      Robert German、Yagyu Mako、Koizumi Takaya、Naya Loreto、Masclaux‐Daubresse Celine、Yoshimoto Kohki
    • 雑誌名

      The Plant Journal

      巻: 105 ページ: 1083~1097

    • DOI

      10.1111/tpj.15091

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] RCB-mediated chlorophagy caused by oversupply of nitrogen suppresses phosphate-starvation stress in plants2021

    • 著者名/発表者名
      Yoshitake, Y., Nakamura, S., Shinozaki, D., Izumi, M., Yoshimoto, K., Ohta, H., and Shimojima, M.
    • 雑誌名

      Plant Physiol.

      巻: 185 ページ: 318-330

    • DOI

      10.1093/plphys/kiaa030

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Importance of non-systemic leaf autophagy for suppression of zinc starvation induced-chlorosis2020

    • 著者名/発表者名
      Shinozaki, D., Notaguchi, M., and Yoshimoto, K.
    • 雑誌名

      Plant Signal. Behav.

      巻: 15 ページ: 1-4

    • DOI

      10.1080/15592324.2020.1746042

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Editorial: Organelle autophagy in plant development2020

    • 著者名/発表者名
      Izumi, M., Yoshimoto, K., and Batoko H.
    • 雑誌名

      Front. Plant Sci.

      巻: 11 ページ: 1-2

    • DOI

      10.3389/fpls.2020.00502

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] リン酸リサイクルにおけるオートファジーの重要性2021

    • 著者名/発表者名
      吉竹悠宇志、吉本光希
    • 学会等名
      日本植物生理学会年会
  • [学会発表] アンモニアストレス下におけるマクロ・ミクロオートファジーの膜動態2020

    • 著者名/発表者名
      吉本光希
    • 学会等名
      日本生化学会大会
    • 招待講演

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公開日: 2021-12-27  

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