プロテオミクスを基盤とした植物分子育種

2005 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 13GS0023
• 研究種目: 学術創成研究費
• 配分区分: 補助金
• 研究機関: 奈良先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 島本 功 奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 教授 (10263427)
• 研究分担者: 高山 誠司 奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 教授 (70273836) ; 小泉 望 奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 助教授 (20252835) ; 明石 欣也 奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 助手 (20314544) ; 森川 弘道 広島大学, 大学院・理学研究科, 教授 (00089129) ; 平野 久 横浜市立大学, 木原生物学研究所・大学院・総合理学研究科, 教授 (00275075)
• 研究期間 (年度): 2001 – 2005
• キーワード: 自然免疫 / タンパク質複合体 / プロテオミクス / 質量解析 / 蛋白質・蛋白質相互作用

研究概要

植物のストレス応答に関与する遺伝子について、タンパク質レベルで総合的に解析し、植物の環境応答のネットワークの全体像を明らかにすることを目的として研究をおこなった。まず、研究の遂行にあたって、高等植物のタンパク質を網羅的に解析するための基盤技術の開発を行い、(1)プロテオミクス解析に適したタンパク質試料の調整法の確立、(2)高解像度の二次元電気泳動法の確立、(3)最新の質量分析装置を用いた高速タンパク質同定法の確立、(4)リン酸化などのタンパク質修飾の同定・解析、(5)タンパク質の分子間相互作用の解析などの植物のプロテオミクス解析法を確立した。これらの研究手法をもとに、様々なストレスに関与する因子を多数同定し、それらのストレス応答因子の分子間相互作用についてタンパク質レベルで解析を行った。その結果、環境応答におけるストレス応答因子のタンパク質問ネットワークの分子基盤を明らかにすることができた。特に、植物免疫においては、耐病性誘導のキーレギュレーターとして機能する低分子量Gタンパク質OsRaclがDefensomeと名付けた大きなタンパク質複合体を形成し、病原体に対する抵抗性誘導の中心的な役割を果たしていることを明らかにした。また、乾燥耐性植物を用いたプロテオーム解析により、乾燥・強光ストレス耐性に関与する因子を同定し、ストレス回避する、あるいは防御する新規な分子機構を明らかにした。今後、本研究成果を利用して、悪環境耐性植物の創生に向けた分子育種が可能になった。

研究成果

• [雑誌論文] Proteomics of Rac GTPase signaling reveals its predominant role in elicitor-induced defense response of cultured rice cells. (2006)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara M, UmemuraK, Kawasaki T, ShimamotoK.
  • 雑誌名: Plant Physiol 140 ページ: 734-745
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Cinnamoyl-CoA reductase,a key enzyme in lignin biosynthesis,is an effector of small GTPase Rac in defense signaling in rice. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kawasaki T, Koita H, Nakatsubo T, Hasegawa K, Wakabayashi K, Takahashi H, Umemura K, Umezawa T, Shimamoto K.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci USA 103 ページ: 230-235
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Arabidopsis CDKA;1,a cdc2 homologue,controls proliferation of generative cells in male gametogenesis. (2006)
  • 著者名/発表者名: Iwakawa H, Shinmyo A, and Sekine M.
  • 雑誌名: Plant J. 45 ページ: 819-831
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Arabidopsis KRPs have distinct inhibitory activity toward cyclin D2-associated kinases, including plant-specific B-type cyclin-dependent kinase. (2006)
  • 著者名/発表者名: Nakai T, Kato K, Shinmyo A and Sekine M.
  • 雑誌名: FEBS Lett. 580 ページ: 336-340
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Proteomics of Rae GTPase signaling reveals its predominant role in elicitor-induced defense response of cultured rice cells. (2006)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara M, Umemura K, Kawasaki T, Shimamoto K.
  • 雑誌名: Plant Physiol. 140 ページ: 734-745
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Cinnamoyl-CoA reductase, a key enzyme in lignin biosynthesis, is an effector of small GTPase Rae in defense signaling in rice. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kawasaki T, Koita H, Nakatsubo T, Hasegawa K, Wakabayashi K, Takahashi H, Umemura K, Umezawa T, Shimamoto K.
  • 雑誌名: Proc NatlAcad Sci U SA. 103 ページ: 230-235
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Arabidopsis CDKA ; 1, a cdc2 homologue, controls proliferation of generative cells in male gametogenesis. (2006)
  • 著者名/発表者名: Iwakawa H, Shinmyo A, Sekine M.
  • 雑誌名: Plant J. 45 ページ: 819-831
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Arabidopsis KRPs have distinct inhibitory activity toward cyclin D2-associated kinases, including plant-specific B-type cyclin-dependent kinase. (2006)
  • 著者名/発表者名: Nakai T, Kato K, Shinmyo A, Sekine M.
  • 雑誌名: FEBS Lett. 580 ページ: 336-340
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A sphingolipid elicitor-inducible mitogen-activated protein kinase is regulated by the small GTPase OsRacl and heterotrimeric G-protein in rice 1[w]. (2005)
  • 著者名/発表者名: Lieberherr D, Thao NP, Nakashima A, Umemura K, Kawasaki T, Shimamoto K.
  • 雑誌名: Plant Physiol. 138 ページ: 1644-1652
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Proteome analysis of programmed cell death and defense signaling using the rice lesion mimic mutant cdr2. (2005)
  • 著者名/発表者名: Tsunezuka H, Fujiwara M, Kawasaki T, Shimamoto K.
  • 雑誌名: Mol Plant Microbe Interact. 18 ページ: 52-59
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Purification and characterization of glutamate N-acetyltransferase involved in citrulline accumulation in wild watermelon. (2005)
  • 著者名/発表者名: Takahara K, Akashi K and Yokota A.
  • 雑誌名: FEBS J. 272 ページ: 5353-5364
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Co-expression of cytochrome b561 and ascorbate oxidase in leaves of wild watermelon under drought and high light conditions. (2005)
  • 著者名/発表者名: Nanasato Y, Akashi K, Yokota A.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 46 ページ: 1515-1524
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] The role of glycosylation in the function of a 48-kDa glycoprotein from carrot. (2005)
  • 著者名/発表者名: Shang C, Sassa H and Hirano H.
  • 雑誌名: Biochem.Biophys.Res.Commun. 328 ページ: 144-149
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] sphingolipid elicitor-inducible mitogen-activated protein kinase is regulated by the small GTPase OsRaci and heterotrimeric G-protein in rice i[w]. (2005)
  • 著者名/発表者名: Lieberherr D, Thao NE Nakashima A, Umemura K, Kawasaki T, Shimamoto K. A
  • 雑誌名: Plant Physiol. 138 ページ: 1644-1652
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Proteome analysis of programmed cell death and defense signaling using the rice lesion mimic mutant cdr2. (2005)
  • 著者名/発表者名: Tsunezuka H, Fujiwara M, Kawasaki T, Shimamoto K.
  • 雑誌名: Mol Plant Microbe Interact 18 ページ: 52-59
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Co-expression of cytochrome b56i and ascorbate oxidase in leaves of wild watermelon under drought and high light conditions. (2005)
  • 著者名/発表者名: Nanasato Y, Akashi K, Yokota A.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 46 ページ: 1515-1524
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The role of glycosylation in the function of a 48-kDa glycoprotein from carrot. (2005)
  • 著者名/発表者名: Shang C, Sassa H, Hirano H.
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 328 ページ: 144-149
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Down-regulation of metallothionein, a reactive oxygen scavenger, by the small GTPase OsRacl in rice. (2004)
  • 著者名/発表者名: Wong HL, Sakamoto T, Kawasaki T, Umemura K, Shimamoto K.
  • 雑誌名: Plant Physiol 135 ページ: 1447-1456
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Potent hydroxyl radical-scavenging activity of drought-induced type-2 metallothionein in wild watermelon. (2004)
  • 著者名/発表者名: Akashi K, Nishimura N, Ishida Y, Yokota A.
  • 雑誌名: Biochem.Biophys.Res.Commun. 323 ページ: 72-78
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Interaction of a 43-kDa receptor-like protein with a 4-kDa hormone-like peptide in soybean. (2004)
  • 著者名/発表者名: Hanada K and Hirano H.
  • 雑誌名: Biochemistry 43 ページ: 12105-12112
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Protein extraction from mature rice leaves for two-dimensional gelelectrophoresis and its application in proteome analysis. (2004)
  • 著者名/発表者名: Islam N, Lonsdale M, Upadhyaya N.M, Higgins T.J, Hirano H and Akhurst R.
  • 雑誌名: Proteomics 4 ページ: 1903-1908
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Mass spectrometric analysis of posttranslational modifications of acarrot extracellular glycoprotein. (2004)
  • 著者名/発表者名: Shang C, Shibahara T, Hanada K, Iwafune Y and Hirano H.
  • 雑誌名: Biochemistry 43 ページ: 6281-6292
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Mass spectrometric analysis of expression of ATPase subunits encoded by duplicated genes in the 19S regulatory particle of rice 26S proteasome. (2004)
  • 著者名/発表者名: Shibahara T, Kawasaki H and Hirano H.
  • 雑誌名: Arch.Biochem.Biophys. 421 ページ: 34-41
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Down-regulation of metallothionein, a reactive oxygen scavenger, by the small GTPase OsRacl in rice. (2004)
  • 著者名/発表者名: Wong HL, Sakamoto T, Kawasaki T, Umemura K, Shimamoto K.
  • 雑誌名: Plant Physiol. 135 ページ: 1447-1456
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Potent hydroxyl radical-scavenging activity of drought-induced type-2 metallothionein in wild watermelon. (2004)
  • 著者名/発表者名: Akashi K, Nishimura N, Ishida Y, Yokota A.
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 323 ページ: 72-78
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] interaction of a 43-kDa receptorlike protein with a 4-kDa hormone-like peptide in soybean. (2004)
  • 著者名/発表者名: Hanada K, Hirano H.
  • 雑誌名: Biochemistry 43 ページ: 12105-12112
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Protein extraction from mature rice leaves for two-dimensional gel electrophoresis and its application in proteome analysis. (2004)
  • 著者名/発表者名: islam N, Lonsdale M, Upadhyaya N. M, Higgins T. J, Hirano H, Akhurst R.
  • 雑誌名: Proteomics 4 ページ: 1903-1908
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Mass spectrometric analysis of posttranslational modifications of a carrot extracellular glycoprotein. (2004)
  • 著者名/発表者名: Shang C, Shibahara T, Hanada K, Iwafune Y, Hirano H.
  • 雑誌名: Biochemistry 43 ページ: 6281-6292
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Mass spectrometric analysis of expression of ATPase subunits encoded by duplicated genes in the i9S regulatory particle of rice 26S proteasome. (2004)
  • 著者名/発表者名: Shibahara T, Kawasaki H, Hirano H.
  • 雑誌名: Arch. Biochem. Biophys. 421 ページ: 34-41
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Plant-specific microtubule-associated protein SPIRAL2 is required for anisotropic growth in Arabidopsis. (2004)
  • 著者名/発表者名: Shoji T, Narita N.N, Hayashi K, Asada 3', Hamada T, Sonobe S, Nakajima K, Hashimoto T.
  • 雑誌名: Plant Physiol. 136 ページ: 3933-3944
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Interaction of Arabidopsis membrane proteins with SPIRAL 1. (2004)
  • 著者名/発表者名: Prieto R, Hashimoto T.
  • 雑誌名: Plant Biotechnol. 21 ページ: 261-267
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Hyperphosphorylation of a mitochondrial protein,prohibitin, is induced by calyculin A in a rice lesion-mimic mutant cdrl. (2003)
  • 著者名/発表者名: Takahashi A, Kawasaki T, Wong HL, Suharsono U, Hirano H, Shimamoto K.
  • 雑誌名: Plant Physiol. 132 ページ: 1861-1869
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Assessing matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry as a means of rapidembryo protein identification in rice. (2003)
  • 著者名/発表者名: Fukuda M, Islam N, Woo S.-H., Yamagishi A, Takaoka M and Hirano H.
  • 雑誌名: Electrophoresis 24 ページ: 1319-1329
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Amino acid residues on the surface of soybean4-kDa peptide involved in the interaction with its binding protein. (2003)
  • 著者名/発表者名: Hanada K, Nishiuchi Y and Hirano H.
  • 雑誌名: Eur.J.Biochem. 270 ページ: 2583-2592
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Hyperphosphorylation of a mitochondrial protein, prohibitin, is induced by calyculin A in a rice lesion-mimic mutant cdri. (2003)
  • 著者名/発表者名: Takahashi A, Kawasaki T, Wong HL, Suharsono U, Hirano H, Shimamoto K.
  • 雑誌名: Plant Physiol. 132 ページ: 1861-1869
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Assessing matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry as a means of rapid embryo protein identification in rice. (2003)
  • 著者名/発表者名: Fukuda M, Islam N, Woo S.-H., Yamagishi A, Takaoka M, Hirano H.
  • 雑誌名: Electrophoresis 24 ページ: 1319-1329
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Amino acid residues on the surface of soybean 4-kDa peptide involved in the interaction with its binding protein. (2003)
  • 著者名/発表者名: Hanada K, Nishiuchi Y, Hirano H.
  • 雑誌名: Eur. J. Biochem. 270 ページ: 2583-2593
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Characterization of low molecular weight starch granule associated protein in common wheat by proteomic approaches. (2003)
  • 著者名/発表者名: Islam N, Takaoka M, Sassa H, Kawasaki H, Hirano H
  • 雑誌名: J. Electrophoresis 47 ページ: 43-49
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Wheat proteomics : Relationship between fine chromosome deletion and protein expression. (2003)
  • 著者名/発表者名: Islam N, Tsujimoto H, Hirano H.
  • 雑誌名: Proteomics 3 ページ: 307-316
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Proteome analysis of diploid, teteraploid and hexaploid wheat : towards understanding genome interactions in protein expression (2003)
  • 著者名/発表者名: Islam N, Tujimoto H, Hirano H.
  • 雑誌名: Proteomics 3 ページ: 549-557
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A possible physiological function and the tertiary structure of a 4-kDa peptide in legumes. (2003)
  • 著者名/発表者名: Yamazaki T, Takaoka M, Katoh E, Hanada K, Sakita M Sakata K, Nishiuchi Y, Hirano H.
  • 雑誌名: Eur. J. Biochem. 270 ページ: 1269-1276
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The heterotrimeric G protein alpha subunit acts upstream of the small GTPase Rac in disease resistance of rice. (2002)
  • 著者名/発表者名: Suharsono U, Fujisawa Y, Kawasaki T, Iwasaki Y, Satoh H, Shimamoto K.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci USA 99 ページ: 13307-13312
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Rice as a model for comparative genomics of plants. (2002)
  • 著者名/発表者名: Shimamoto K, Kyozuka J.
  • 雑誌名: Annu Rev Plant Biol 53 ページ: 399-419
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Citrulline and DRIP-1 protein(ArgE homologue)in drought tolerance of wild watermelon. (2002)
  • 著者名/発表者名: Yokota A, Kawasaki S, Iwano M, Nakamura C, Miyake C, Akashi K.
  • 雑誌名: Anal.Bot. 89 ページ: 1-8
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] The heterotrimeric G protein alpha subunit acts upstream of the small GTPase Rae in disease resistance of rice. (2002)
  • 著者名/発表者名: Suharsono U, Fujisawa Y, Kawasaki T, Iwasaki Y, Satoh H, Shimamoto K.
  • 雑誌名: Proc NatlAcad Sci USA. 99 ページ: 13307-13312
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Rice as a model for comparative geaomics of plants. (2002)
  • 著者名/発表者名: Shimamoto K, Kyozuka J.
  • 雑誌名: Annu Rev Plant Biol. 53 ページ: 399-419
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Citrulline and DRIP-i protein (ArgE homologue) in drought tolerance of wild watermelon. (2002)
  • 著者名/発表者名: Yokota A, Kawasaki S, Iwano M, Nakamura C, Miyake C, Akashi K.
  • 雑誌名: Anal. Bot. 89 ページ: 1-8
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Proteome approach as an efficient means to identify seed proteins and their fine gene location in wheat(Triticum aestiv-um L.). (2002)
  • 著者名/発表者名: Islam N, Woo, S.-H., Tsujimoto H, Kawasaki H, Hirano H.
  • 雑誌名: Proteomics 2 ページ: 1146-1155
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Identification of the i9S regulatory particle subunits from the rice 26S proteasome. (2002)
  • 著者名/発表者名: Shibahara T, Kawasaki H, Hirano H.
  • 雑誌名: Eur. J. Biochem. 269 ページ: 1474-1483
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Efficient peptide mapping and its application to identify embryo proteins in the rice proteome analysis. (2002)
  • 著者名/発表者名: Woo, S.-H., Fukuda M, Islam N, Takaoka M, Kawasaki H, Hirano H.
  • 雑誌名: Electrophoresis 23 ページ: 647-654
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Essential role of the small GTPase Rac in disease resistance of rice. (2001)
  • 著者名/発表者名: Ono E, Wong HL, Kawasaki T, Hasegawa M, Kodama O, Shimamoto K.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci USA 98 ページ: 759-764
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Essential role of the small GTPase Rae in disease resistance of rice. (2001)
  • 著者名/発表者名: Ono E, Wong HL, Kawasaki T, Hasegawa M, Kodama 0, Shimamoto K.
  • 雑誌名: Proc NatlAcad Sci USA. 98 ページ: 759-764
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より