不規則な環境変動に応答した気孔開度と花成の制御機構

2022 年度 実績報告書

• 研究領域: 不均一環境変動に対する植物のレジリエンスを支える多層的情報統御の分子機構
• 研究課題/領域番号: 20H05910
• 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: 児玉 豊 宇都宮大学, バイオサイエンス教育研究センター, 教授 (00455213) ; 今泉 貴登 名古屋大学, 遺伝子実験施設, 招へい教員 (60767466)
• 研究期間 (年度): 2020-11-19 – 2025-03-31
• キーワード: 植物 / 環境変動 / 気孔 / 花成 / 光受容体

研究実績の概要

植物の段階的な乾燥ステージゲート応答の分子機構を明らかにすることを目的として解析を進め、これまでの研究により、bHLH転写因子AKSs/FBHsが重要な役割を果たすことが明らかとなってきた。そこで、今年度は、AKSs/FBHsのリン酸化部位の経時変化と共同沈降タンパク質について、プロテオミクス解析を進め、AKS1における乾燥処理に応答したリン酸化変動や共同沈降タンパク質を同定した。さらに、支援班の協力のもと、aks変異体と野生株の網羅的な発現解析を進め、転写因子AKSの標的因子が明らかとなってきた。
次に、木漏れ日のような変動光環境における気孔開閉の制御機構について解析を進め、暗転した葉では、葉内[CO2]が急激に高まり、それが気孔開口のキーエンザイムである孔辺細胞の細胞膜H+-ATPaseの迅速な脱リン酸化を引き起し、気孔閉鎖が誘導されていることが明らかとなった。現在、この葉内[CO2]上昇に応答したH+-ATPaseの急激な脱リン酸化のシグナル伝達について解析を進めている。さらに、これまでの研究により、コマツナの一部の葉への光照射が、近隣の葉における光による気孔開口を促進することが明らかとなってきたため、川合班・宮城先生の協力のもと、葉の代謝物の質量分析を行った。
加えて、栄養生長期と生殖生長期に出現する葉における気孔特性の解析を進め、生殖生長期の葉の気孔は、栄養生長期のものより光による気孔開口が促進されており、光合成活性が高く、種子生産に重要な役割を果たしていることが明らかとなった。また、気孔開口のシグナル伝達についての解析を進め、孔辺細胞の細胞膜H+-ATPaseの新規のリン酸化部位の同定とその機能解析、さらに気孔開度制御に関わる新規因子を同定し、現在、不均一環境に応答した気孔開度制御への関与についての解析を進めている。

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

植物の段階的な乾燥ステージゲート応答に関わるbHLH転写因子AKSs/FBHsについて、リン酸化部位、共同沈降タンパク質、さらにAKSに転写制御を受ける因子群が明らかとなった。また、変動光環境における気孔開度制御においては、葉内CO2が関わることが明らかとなり、長期的な環境刺激や空間的な不均一環境による気孔開度の制御の分子レベルでの理解が大きく研究が進展した。

今後の研究の推進方策

これまでに明らかとなったきた植物の段階的な乾燥ステージゲート応答や変動光環境における気孔開度制御において関わっている因子の孔辺細胞内での具体的な作用機作の解析をさらに進めることで、本領域の大きな目標である不均一環境における植物の環境応答の分子機構を明らかにしたい。

研究成果

• [国際共同研究] 南京農業大学/北京大学(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 南京農業大学/北京大学
• [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
• [雑誌論文] Editorial: pH as a signal and secondary messenger in plant cells (2023)
  • 著者名/発表者名: Raghavendra Agepati S.、Ye Wenxiu、Kinoshita Toshinori
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 14 ページ: -
  • DOI: 10.3389/fpls.2023.1148689
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Discovery of 2,6-Dihalopurines as Stomata Opening Inhibitors: Implication of an LRX-Mediated H⁺-ATPase Phosphorylation Pathway (2023)
  • 著者名/発表者名: Ueda Ayaka、Aihara Yusuke、Sato Shinya、Kano Keiko、Mishiro-Sato Emi、Kitano Hiroyuki、Sato Ayato、Fujimoto Kazuhiro J.、Yanai Takeshi、Amaike Kazuma、Kinoshita Toshinori、Itami Kenichiro
  • 雑誌名: ACS Chemical Biology 巻: 18 ページ: 347～355
  • DOI: 10.1021/acschembio.2c00771
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] PP2C.D phosphatase SAL1 positively regulates aluminum resistance via restriction of aluminum uptake in rice (2023)
  • 著者名/発表者名: Xie Wenxiang、Liu Shuo、Gao Huiling、Wu Jun、Liu Dilin、Kinoshita Toshinori、Huang Chao-Feng
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1093/plphys/kiad122
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] PECT1, a rate-limiting enzyme in phosphatidylethanolamine biosynthesis, is involved in the regulation of stomatal movement in Arabidopsis. (2023)
  • 著者名/発表者名: Negi Juntaro、Obata Tomoki、Nishimura Sakura、Song Boseok、Yamagaki Sho、Ono Yuhei、Okabe Makoto、Hoshino Natsumi、Fukatsu Kohei、Tabata Ryo、Yamaguchi Katsushi、Shigenobu Shuji、Yamada Masashi、Hasebe Mitsuyasu、Sawa Shinichiro、Kinoshita Toshinori、Nishida Ikuo、Iba Koh
  • 雑誌名: The Plant Journal 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1111/tpj.16245
  • 査読あり
• [雑誌論文] Image-based quantification of Arabidopsis thaliana stomatal aperture from leaf images (2023)
  • 著者名/発表者名: Takagi Momoko、Hirata Rikako、Aihara Yusuke、Hayashi Yuki、Mizutani-Aihara Miya、Ando Eigo、Yoshimura-Kono Megumi、Tomiyama Masakazu、Kinoshita Toshinori、Mine Akira、Toda Yosuke
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1093/pcp/pcad018
  • 査読あり
• [雑誌論文] The FLOWERING LOCUS T gene expression is controlled by high-irradiance response and external coincidence mechanism in long days in Arabidopsis. (2023)
  • 著者名/発表者名: Lee Nayoung、Ozaki Yusuke、Hempton Andrew K.、Takagi Hiroshi、Purusuwashi Savita、Song Young Hun、Endo Motomu、Kubota Akane、Imaizumi Takato
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1111/nph.18932
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Photoperiodic flowering in Arabidopsis: Multilayered regulatory mechanisms of CONSTANS and the florigen FLOWERING LOCUS T (2023)
  • 著者名/発表者名: Takagi Hiroshi、Hempton Andrew K.、Imaizumi Takato
  • 雑誌名: Plant Communications 巻: - ページ: 100552～100552
  • DOI: 10.1016/j.xplc.2023.100552
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Dark‐induced chloroplast relocation depends on actin filaments in the liverwort <i>Apopellia endiviifolia</i> along with the light‐ and cold‐induced relocations (2023)
  • 著者名/発表者名: Yong Lee‐Kien、Kodama Yutaka
  • 雑誌名: Plant, Cell & Environment 巻: 46 ページ: 1822～1832
  • DOI: 10.1111/pce.14566
  • 査読あり
• [雑誌論文] Editorial: Stomatal Biology and Beyond (2022)
  • 著者名/発表者名: Ye Wenxiu、Dong Juan、Kinoshita Toshinori
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 13 ページ: -
  • DOI: 10.3389/fpls.2022.848811
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Identification of stomatal-regulating molecules from de novo arylamine collection through aromatic C?H amination (2022)
  • 著者名/発表者名: Toda Yosuke、Perry Gregory J. P.、Inoue Shimpei、Ito Eri、Kawakami Takahiro、Narouz Mina R.、Takahashi Koji、Aihara Yusuke、Maeda Bumpei、Kinoshita Toshinori、Itami Kenichiro、Murakami Kei
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12 ページ: -
  • DOI: 10.1038/s41598-022-04947-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mechanosensory trichome cells evoke a mechanical stimuli?induced immune response in Arabidopsis thaliana (2022)
  • 著者名/発表者名: Matsumura Mamoru、Nomoto Mika、Itaya Tomotaka、Aratani Yuri、Iwamoto Mizuki、Matsuura Takakazu、Hayashi Yuki、Mori Tsuyoshi、Skelly Michael J.、Yamamoto Yoshiharu Y.、Kinoshita Toshinori、Mori Izumi C.、Suzuki Takamasa、Betsuyaku Shigeyuki、Spoel Steven H.、Toyota Masatsugu、Tada Yasuomi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 ページ: -
  • DOI: 10.1038/s41467-022-28813-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A win-win scenario for photosynthesis and the plasma membrane H+ pump (2022)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita Satoru N.、Kinoshita Toshinori
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 13 ページ: -
  • DOI: 10.3389/fpls.2022.982485
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A tonoplast‐localized magnesium transporter is crucial for stomatal opening in Arabidopsis under high Mg ²⁺ conditions (2022)
  • 著者名/発表者名: Inoue Shin‐ichiro、Hayashi Maki、Huang Sheng、Yokosho Kengo、Gotoh Eiji、Ikematsu Shuka、Okumura Masaki、Suzuki Takamasa、Kamura Takumi、Kinoshita Toshinori、Ma Jian Feng
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 236 ページ: 864～877
  • DOI: 10.1111/nph.18410
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ethanol treatment enhances drought stress avoidance in cassava (Manihot esculenta Crantz) (2022)
  • 著者名/発表者名: Vu Anh Thu、Utsumi Yoshinori、Utsumi Chikako、Tanaka Maho、Takahashi Satoshi、Todaka Daisuke、Kanno Yuri、Seo Mitsunori、Ando Eigo、Sako Kaori、Bashir Khurram、Kinoshita Toshinori、Pham Xuan Hoi、Seki Motoaki
  • 雑誌名: Plant Molecular Biology 巻: 110 ページ: 269～285
  • DOI: 10.1007/s11103-022-01300-w
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Ethanol-Mediated Novel Survival Strategy against Drought Stress in Plants (2022)
  • 著者名/発表者名: Bashir K,Todaka D,Rasheed S,Matsui A,Ahmad Z,Sako K,Utsumi Y,Vu AT,Tanaka M,Takahashi S,Ishida J,Tsuboi Y,Watanabe S,Kanno Y,Ando E,Shin KC,Seito M,Motegi H,Sato M,Li R,Kikuchi S,Fujita M,Kusano M,Kobayashi M,Habu Y,Nagano AJ,Kawaura K,Kikuchi J,Saito K,Hirai MY,Seo M,Shinozaki K,Kinoshita T,*Seki M
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 63 ページ: 1181～1192
  • DOI: 10.1093/pcp/pcac114
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] ABP1-TMK auxin perception for global phosphorylation and auxin canalization (2022)
  • 著者名/発表者名: *Friml J, Gallei M, Gelova Z, Johnson A, Mazur E, Monzer A, Rodriguez L, Roosjen M, Verstraeten I, Zivanovic BD, Zou M, Fiedler L, Giannini C, Grones P, Hrtyan M, Kaufmann WA, Kuhn A, Narasimhan M, Randuch M, Rydza N, Takahashi K, Tan S, Teplova A, Kinoshita T, Weijers D, Rakusova
  • 雑誌名: Nature 巻: 609 ページ: 575～581
  • DOI: 10.1038/s41586-022-05187-x
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Elevated CO2 induces rapid dephosphorylation of plasma membrane H+-ATPase in guard cells. (2022)
  • 著者名/発表者名: Ando Eigo、Kollist Hannes、Fukatsu Kohei、Kinoshita Toshinori、Terashima Ichiro
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 236 ページ: 2061～2074
  • DOI: 10.1111/nph.18472
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Tryptophan synthase B subunit 1 affects stomatal phenotypes in Arabidopsis thaliana. (2022)
  • 著者名/発表者名: Soda Midori N.、Hayashi Yuki、Takahashi Koji、Kinoshita Toshinori
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 13 ページ: -
  • DOI: 10.3389/fpls.2022.1011360
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Photosynthetic-Product?Dependent Activation of Plasma Membrane H+-ATPase and Nitrate Uptake in<i>Arabidopsis</i>Leaves (2022)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita Satoru N、Suzuki Takamasa、Kiba Takatoshi、Sakakibara Hitoshi、Kinoshita Toshinori
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 64 ページ: 191～203
  • DOI: 10.1093/pcp/pcac157
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Stomatal properties of Arabidopsis cauline and rice flag leaves and their contributions to seed production and grain yield (2022)
  • 著者名/発表者名: Ding Ming、Zhu Yiyong、Kinoshita Toshinori
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 巻: 74 ページ: 1957～1973
  • DOI: 10.1093/jxb/erac492
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The endoplasmic reticulum membrane-bending protein RETICULON facilitates chloroplast relocation movement in Marchantia polymorpha. (2022)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa Kazuya、Konno Ryota、Hirano Satoyuki、Fujii Yuta、Fujiwara Masayuki、Fukao Yoichiro、Kodama Yutaka
  • 雑誌名: The Plant Journal 巻: 111 ページ: 205～216
  • DOI: 10.1111/tpj.15787
  • 査読あり
• [学会発表] タイプ2CプロテインホスファターゼDクレードによる気孔開度制御 (2023)
  • 著者名/発表者名: 木下大地，水谷未耶，榊原拓，村上公亮，丹下昭憲，安藤英伍，木下俊則
  • 学会等名: 第64回日本植物生理学会年会
• [学会発表] シロイヌナズナ実生での細胞膜 H+-ATPase 活性化が包括的な遺伝子発現に与える影響 (2023)
  • 著者名/発表者名: 木下(永縄)悟，瀧京美，永縄万由子，長谷川莉子，桐山寛生，大神田淳子，木下俊則
  • 学会等名: 第64回日本植物生理学会年会
• [学会発表] CO2 による孔辺細胞の細胞膜 H+-ATPase の急速な脱リン酸化を通じた気孔閉鎖促進 (2023)
  • 著者名/発表者名: 安藤英伍，Hannes Kollist，深津孝平，木下俊則，寺島一郎
  • 学会等名: 第64回日本植物生理学会年会
• [学会発表] ストレプト藻類クレブソルミディウムの細胞膜 H+-ATPase 活性制御 (2023)
  • 著者名/発表者名: 高橋宏二，堀孝一，太田啓之，木下俊則
  • 学会等名: 第64回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 気孔開口シグナル伝達経路に作用す る新規化合物の分子機構の解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 辛洸徹，相原悠介，藤茂雄，佐藤綾人 ，木下俊則
  • 学会等名: 第64回日本植物生理学会年会
• [学会発表] キナーゼ阻害剤による気孔開口抑制の分子機構の解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 桑山翔悟，高橋宏二，林真妃，佐藤綾人，木下俊則
  • 学会等名: 第64回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 気孔孔辺細胞において青色光によりリン酸化 レベルの変動するタンパク質の機能解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 深津孝平，林優紀，鈴木孝征，桑田啓子，木下俊則
  • 学会等名: 第64回日本植物生理学会年会
• [学会発表] イソチオシアネートを基盤とした気孔開口阻 害剤の機能解析と分子改良 (2023)
  • 著者名/発表者名: 相原悠介，前田文平，後藤栞奈，野元美佳，高橋宏二，藤茂雄，叶文秀，戸田陽介，多田安臣，佐藤綾人，伊丹健一郎，村上慧，木下俊則
  • 学会等名: 第64回日本植物生理学会年会
• [学会発表] アミン合成酵素の機能解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 祢冝淳太郎，小畑智暉，西村さくら，宋普錫，山柿将，星野奈摘，深津孝平，木下俊則，西 田生郎，射場厚
  • 学会等名: 第64回日本植物生理学会年会
• [学会発表] SNS1 を介した長期乾燥ストレス条件への抵抗戦略 (2023)
  • 著者名/発表者名: 片桐壮太郎，神山佳明，木下俊則，梅澤泰史
  • 学会等名: 第64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 C 末端 のリン酸化を介した新規機能制御の解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 林優紀，深津孝平，高橋宏二，木下(永縄)悟，加藤恭平 ，桑田啓子 ，鈴木孝征 ，木下俊則
  • 学会等名: 第64回日本植物生理学会年会
• [学会発表] TCP転写因子による葉の細胞伸長の制御機構の解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 小山知嗣，光田展隆，関原明，高橋宏二，木下俊則，別所歩武，國枝正，出村拓，高木優
  • 学会等名: 第64回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 植物の成長の謎にせまる気孔の科学のはなし (2023)
  • 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
  • 招待講演
• [学会発表] Light regulation of stomatal opening and control of plant growth (2022)
  • 著者名/発表者名: Toshinori KInoshita
  • 学会等名: Stomatal development and function seminar
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 植物の巧みな環境応答 -植物に欠かせない気孔の働き- (2022)
  • 著者名/発表者名: 木下俊則
  • 学会等名: 2022年度 名大 MIRAI GSC 第1ステージ講義
  • 招待講演
• [学会発表] How plasma membrane H+-ATPase overexpression increases rice yield (2022)
  • 著者名/発表者名: Toshinori Kinoshita
  • 学会等名: Plant Biology 2022
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Analysis of phosphoenolpyruvate carboxylase in stomatal guard cells (2022)
  • 著者名/発表者名: Kohei Fukatsu
  • 学会等名: Plant Biology 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Functional characterization of novel compounds that affect signalingpathway in stomatal opening (2022)
  • 著者名/発表者名: Gwangchol Sin
  • 学会等名: Plant Biology 2022
  • 国際学会
• [学会発表] 植物の巧みな環境応答 (2022)
  • 著者名/発表者名: 木下俊則
  • 学会等名: 長野県立飯山高等学校探求科「名古屋サイエンスツアー・世界を変える研究の最前線！これからの社会と地球の未来を考える」
  • 招待講演
• [学会発表] タイプ2CプロテインホスファターゼD clade (PP2C.D)による孔辺細胞細胞膜プロトンポンプの脱リン酸化 (2022)
  • 著者名/発表者名: 木下俊則
  • 学会等名: 日本植物学会第86回大会
• [学会発表] イソチオシアネートを基盤とした植物の乾燥耐性付与剤の発見と改良 (2022)
  • 著者名/発表者名: 相原 悠介，前田 文平，後藤 栞奈，藤 茂雄，叶 文 秀，戸田 陽介，村上 慧，佐藤 綾人，伊丹 健一郎，木下 俊則
  • 学会等名: 日本植物学会第86回大会
• [学会発表] ソラマメ孔辺細胞においてABA依存的にリン酸化されるbHLH型転写因子の同定と機能解析 (2022)
  • 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: 日本植物学会第86回大会
• [学会発表] 気孔開度制御による植物の成長と生産量の促進 (2022)
  • 著者名/発表者名: 木下俊則
  • 学会等名: BioJapan2022
• [学会発表] ポンプ植物作出による光合成、養分吸収、収量の促進 (2022)
  • 著者名/発表者名: 木下俊則
  • 学会等名: アグリビジネス創出フェア
• [図書] ＪＡＴＡＦＦジャーナル１０巻９号「プロトンポンプの機能を高めることによりイネの収量向上と肥料の削減を実現」 (2022)
  • 著者名/発表者名: 木下俊則
  • 総ページ数: -
  • 出版者: 公益社団法人農林水産・食品産業技術振興協会
• [備考] 名古屋大学植物生理学グループ
  • URL: http://plantphys.bio.nagoya-u.ac.jp/index.html
• [産業財産権] 植物気孔開口調節剤 (2022)
  • 発明者名: 木下俊則、相原悠介、佐藤綾人、村上慧
  • 権利者名: 木下俊則、相原悠介、佐藤綾人、村上慧
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2022-072557