乾燥ストレスに対する植物の生存戦略の分子機構

2014 年度 実績報告書

• 研究領域: 大地環境変動に対する植物の生存・成長突破力の分子的統合解析
• 研究課題/領域番号: 22119004
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 篠崎 和子 東京大学, 農学生命科学研究科, 教授 (30221295)
• 研究分担者: 溝井 順哉 東京大学, 農学生命科学研究科, 講師 (20469753) ; 城所 聡 東京大学, 農学生命科学研究科, 助教 (70588368)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 植物 / ストレス / 発現制御 / 転写因子 / 翻訳後調節

研究実績の概要

移動の自由のない植物は、環境の変化を速やかに感じ取り適応して生存・成長する環境突破力を進化の過程で獲得してきたものと考えられる。本研究では乾燥と高温ストレスの両方に応答する制御ネットワークで重要な働きを示す転写因子DREB2Aの活性化機構を分子レベルで解明し、DREB2Aが関与する乾燥と高温ストレスによる遺伝子発現の制御ネットワークを明らかにすることを目指している。
これまでに、DREB2Aプロモーターを手掛かりに、シロイヌナズナの高温ストレス応答において、3つのHsfA1が遺伝子発現カスケードの最上流に位置するマスター転写因子であることを明らかにした。HsfA1は恒常的に発現しているため、その活性は翻訳後調節を受けていると考えられる。欠失変異を含むHsfA1シリーズを作製して解析したところ、HsfA1の活性を負に調節している領域が見出された。HSP70およびHSP90がこの領域を介してHsfA1の活性を抑制していると考えられた。一方、HsfA1によるDREB2Aなどの転写因子遺伝子の発現誘導には、HsfA1の活性化とは独立の機構も必要であることが示された。
DREB2Aタンパク質は翻訳後調節も受けており、乾燥や高温ストレスにより活性化されて下流遺伝子の発現を誘導すると考えられる。これまでの解析で、乾燥や高温のストレス処理に応答してDREB2Aタンパク質の分解が抑制されることが、下流遺伝子の発現に重要であることを明らかにした。DREB2Aの分解には、タンパク質内に存在する負の活性調節領域(NRD)が関与している。NRD内に存在する保存されたSer/Thrクラスターに変異を導入すると、DREB2Aの分解が抑制され、下流遺伝子の発現が活性化されたことから、このSer/Thrクラスターが負の活性制御機構に重要であることが示された。

現在までの達成度 (段落)

26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

26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] A small RNA mediated regulation of a stress-activated retrotransposon and the tissue specific transposition during the reproductive period in Arabidopsis. (2015)
  • 著者名/発表者名: Matsunaga W, Ohama N, Tanabe N, Masuta Y, Masuda S, Mitani N, Yamaguchi-Shinozaki K, Ma JF, Kato A, Ito H.
  • 雑誌名: Front Plant Sci. 巻: 6 ページ: 1-12
  • DOI: 10.3389/fpls.2015.00048
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two Distinct Families of Protein Kinases Are Required for Plant Growth under High External Mg2+ Concentrations in Arabidopsis (2015)
  • 著者名/発表者名: Junro Mogami, Yasunari Fujita, Takuya Yoshida, Yoshifumi Tsukiori, Hirofumi Nakagami, Yuko Nomura, Toru Fujiwara, Sho Nishida, Shuichi Yanagisawa, Tetsuya Ishida, Fuminori Takahashi, Kyoko Morimoto, Satoshi Kidokoro, Junya Mizoi, Kazuo Shinozaki, Kazuko Yamaguchi-Shinozaki
  • 雑誌名: Plant Physiol. 巻: 167 ページ: 1039-1057
  • DOI: 10.1104/pp.114.249870
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Soybean DREB1/CBF-type transcription factors function in heat and drought as well as cold stress-responsive gene expression (2015)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Kidokoro, Keitaro Watanabe, Teppei Ohori, Takashi Moriwaki, Kyonoshin Maruyama, Junya Mizoi, Nang Myint Phyu Sin Htwe, Yasunari Fujita, Sachiko Sekita, Kazuo Shinozaki, Kazuko Yamaguchi-Shinozaki
  • 雑誌名: Plant J. 巻: 81 ページ: 505-518
  • DOI: 10.1111/tpj.12746
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Four Arabidopsis AREB/ABF transcription factors function predominantly in gene expression downstream of SnRK2 kinases in abscisic-acid signaling in response to osmotic stress (2015)
  • 著者名/発表者名: Takuya Yoshida, Yasunari Fujita, Kyonoshin Maruyama, Junro Mogami, Daisuke Todaka, Kazuo Shinozaki & Kazuko Yamaguchi-Shinozaki
  • 雑誌名: Plant Cell and Enviorment 巻: 38 ページ: 35-49
  • DOI: 10.1111/pce.12351
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Recent advances in the dissection of drought-stress regulatory networks and strategies for development of drought-tolerant transgenic rice plants (2015)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Todaka, Kazuo Shinozaki, Kazuko Yamaguchi-Shinozaki
  • 雑誌名: Front Plant Sci 巻: 6 ページ: 1-20
  • DOI: 10.3389/fpls.2015.00084
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Omics Approaches Toward Defining the Comprehensive Abscisic Acid Signaling Network in Plants (2015)
  • 著者名/発表者名: Takuya Yoshida, Junro Mogami and Kazuko Yamaguchi-Shinozaki
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: in press ページ: in press
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Induced over-expression of AtDREB2A CA improves drought tolerance in sugarcane. (2014)
  • 著者名/発表者名: Reis RR, da Cunha BA, Martins PK, Martins MT, Alekcevetch JC, Chalfun A Jr, Andrade AC, Ribeiro AP, Qin F, Mizoi J, Yamaguchi-Shinozaki K, Nakashima K, Carvalho Jde F, de Sousa CA, Nepomuceno AL, Kobayashi AK, Molinari HB.
  • 雑誌名: Plant Sci. 巻: 221-222 ページ: 59-68
  • DOI: 10.1016/j.plantsci.2014.02.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Arabidopsis Dpb3-1, a DREB2A interactor, specifically enhances heat stress-induced gene expression by forming a heat stress-specific transcriptional complex with NF-Y subunits (2014)
  • 著者名/発表者名: Hikaru Sato, Junya Mizoi, Hidenori Tanaka, Kyonosin Maruyama, Feng Qin, Yuriko Osakabe, Kyoko Morimoto, Teppei Ohori, Kazuya Kusakabe, Maika Nagata, Kazuo Shinozaki, Kazuko Yamaguchi-Shinozaki
  • 雑誌名: Plant Cell 巻: 26 ページ: 4954-4973
  • DOI: 10.1105/tpc.114.132928
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Functional analysis of the Hikeshi-like protein that interacts with HSP70 in Arabidopsis (2014)
  • 著者名/発表者名: Shinya Koizumi, Naohiko Ohama, Junya Mizoi, Kazuo Shinozaki, Kazuko Yamaguchi-Shinozaki
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 450 ページ: 396-400
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2014.05.128
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] ABA-dependent and ABA-independent signaling in response to osmotic stress in plants (2014)
  • 著者名/発表者名: Takuya Yoshida, Junro Mogami and Kazuko Yamaguchi-Shinozaki
  • 雑誌名: Current Opinion in Plant Biology 巻: 21 ページ: 133-139
  • DOI: 10.1016/j.pbi.2014.07.009
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] シロイヌナズナDPB3-1はNF-Yサブユニットと複合体を形成して、乾燥・高温ストレス誘導性転写因子DREB2Aの活性を高温ストレス特異的に制御する (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐藤輝、溝井順哉、田中秀典、圓山恭之進、秦峰、刑部祐里子、永田舞香、篠崎一雄、篠崎和子
  • 学会等名: 第56回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京農業大学、東京
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] 高温ストレス下における植物の生長制御機構の解明 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小泉慎也、城所聡、大濱直彦、溝井順哉、篠崎一雄、篠崎和子
  • 学会等名: 第56回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京農業大学、東京
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] シロイヌナズナのストレス応答性転写因子DREB2Aの翻訳後調節における負の活性制御ドメインの機能解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 溝井順哉、秦峰、城所聡、篠崎一雄、篠崎和子
  • 学会等名: 第56回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京農業大学、東京
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] 植物の高温ストレス応答の初期で働く転写因子HsfA1の活性制御機構の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大濱直彦、溝井順哉、趙慧美、小泉慎也、草壁和也、高橋史憲、石田哲也、柳澤修一、篠崎一雄、篠崎和子
  • 学会等名: 第56回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京農業大学、東京
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] Functional Analysis of 70 kDa Heat Shock Proteins in Arabidopsis (2015)
  • 著者名/発表者名: Huimei ZHAO, Naohiko OHAMA, Shinya KOIZUMI, Kazuya KUSAKABE, Junya MIZOI, Satoshi KIDOKORO, Kazuo SHINOZAKI, Kazuko YAMAGUCHI-SHINOZAKI
  • 学会等名: 第56回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京農業大学、東京
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] 植物の環境ストレス応答と成長制御の分子機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 篠崎 和子
  • 学会等名: 新学術領域シンポジウム 植物環境突破力：新たなる研究の発展に向けて
  • 発表場所: 東京大学、東京
  • 年月日: 2015-03-13 – 2015-03-13
• [学会発表] Water and Plants (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazuko Yamaguchi-Shinozaki
  • 学会等名: Women in Global Science 2014
  • 発表場所: 北海道大学、札幌、北海道
  • 年月日: 2014-10-27 – 2014-10-29
  • 招待講演
• [学会発表] Identification of the NF-Y trimer including NF-YC10, which interacts with Arabidopsis DREB2A and regulates the stress specific expression of DREB2A target genes (2014)
  • 著者名/発表者名: Hikaru Sato, Junya Mizoi, Hidenori Tanaka, Kyonosin Maruyama, Feng Qin, Yuriko Osakabe, Kazuo Shinozaki, Kazuko Yamaguchi-Shinozaki
  • 学会等名: 25th International Conference on Arabidopsis Research
  • 発表場所: Vancouver, Canada
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-01
• [学会発表] Functional analysis of the Hikeshi-like protein that interacts with HSP70 in Arabidopsis (2014)
  • 著者名/発表者名: Shinya Koizumi, Naohiko Ohama, Junya Mizoi, Kazuo Shinozaki, Kazuko Yamaguchi-Shinozaki
  • 学会等名: 25th International Conference on Arabidopsis Research
  • 発表場所: Vancouver, Canada
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-01
• [学会発表] Functional Analysis of the Negative Regulatory Domain in the Posttranslational Regulation of the AP2/ERF-type Transcription Factor DREB2A in Arabidopsis (2014)
  • 著者名/発表者名: Junya Mizoi, Feng Qin, Satoshi Kidokoro, Kazuo Shinozaki, Kazuko Yamaguchi-Shinozaki
  • 学会等名: Gordon Research Conference (Plant Molecular Biology)
  • 発表場所: Holderness, NH, USA
  • 年月日: 2014-07-20 – 2014-07-25
• [学会発表] Analysis of the regulation mechanism of HsfA1 activity via HSP70 in Arabidopsis (2014)
  • 著者名/発表者名: Naohiko Ohama, Kazuya Kusakabe, Junya Mizoi, Fuminori Takahashi, Tkietsuya Ishida, Shuichi Yanagisawa, Kazuo Shinozaki, Kazuko Yamaguchi-Shinozaki
  • 学会等名: Gordon Research Conference (Plant Molecular Biology)
  • 発表場所: Holderness, NH, USA
  • 年月日: 2014-07-20 – 2014-07-25
• [学会発表] 植物の環境ストレス耐性機構と分子育種 (2014)
  • 著者名/発表者名: 篠崎和子
  • 学会等名: 第53回ガンマーフィールドシンポジウム
  • 発表場所: 三の丸ホテル、水戸、茨城
  • 年月日: 2014-07-16 – 2014-07-16
  • 招待講演