膜脂質層の分子的改変による、イオンストレスマルチ耐性植物の創生

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H04466
• 研究機関: 山形大学
• 研究代表者: 我妻 忠雄 山形大学, 農学部, 客員教授 (70007079)
• 研究分担者: 和崎 淳 広島大学, 生物圏科学研究科, 教授 (00374728) ; 小林 佑理子 岐阜大学, 応用生物科学部, 准教授 (40610952) ; 渡部 敏裕 北海道大学, 農学研究院, 准教授 (60360939) ; 俵谷 圭太郎 山形大学, 農学部, 教授 (70179919) ; 丸山 隼人 北海道大学, 農学研究院, 助教 (10633951)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: アルミニウム耐性 / カドミウム耐性 / 脂質再構成 / 脂質層と有機物の相互作用 / ステロール / スチグマステロール / HMG

研究実績の概要

1.各種組換えシロイヌナズナとpah1pah2変異体を用いて、過剰Al、Cd、Ni、Na、Cu、Mn、低Cａ、低pH耐性を調査した結果、pah1pah2はCd感受性を、HMGやPAH2過剰発現体はCd耐性を示した。2.生育ステージを進めた苗の全根長を基準とする評価では、HMG過剰発現系での有意なAl耐性強化が認められたが根端ステロールは上昇しなかった。PAH過剰発現系でAl耐性の上昇傾向が認められたので、後者の評価法で再検討中である。3.Japonicaイネは暗所でAl耐性が上昇することが見いだされた。耐性の向上要因として、(1)隙間の多い膜脂質層を補修できないステロール種であるstigmasterolの生合成を抑えるためsterol-Δ22-desaturase活性の抑制の重要性や、理由が不明であったIndicaイネのAl耐性の弱さとこれとの関連性が示唆された。(2)メバロン酸回路の中枢中間産物であるisopentenyl bisphosphate(IPP)のplastidへの輸送を抑えること、(3)HMG遺伝子の発現の上昇が重要であること、が解った。4.PAH過剰発現株は、イネではリン少量供給条件で、シロイヌナズナではリン不足条件下で生育が良好であり、強制的リンリサイクルによる低リン耐性の向上が考えられた。後者のpah1pah2株ではリン欠による顕著な生育低下がsucrose投与で軽減され、この遺伝子のシグナル伝達への関与も示唆された。5.低リン耐性の強い赤米は、低リン条件下でグルクロノシルグリセロール・糖脂質・硫黄脂質の上昇、リン脂質の減少がより高かった。ダイズでの低リン耐性比較も行った。6.細胞膜脂質層中に細胞内外の有機物を分配させることで、各種のイオンストレスへの耐性や、膜での種々の生理活性を変化させうる可能性が予想され、今後のこの分野での研究の進展が期待される。

現在までの達成度 (段落)

29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

29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] Dark conditions enhance aluminum tolerance in several rice cultivars via multiple modulations of membrane sterols (2018)
  • 著者名/発表者名: T Wagatsuma, E Maejima, T Watanabe, T Toyomasu, M Kuroda, T Muranaka, K Ohyama, A Ishikawa, M Usui, SH Khan, H Maruyama, K Tawaraya, Y Kobayashi, H Koyama
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 巻: 69 ページ: 567-577
  • DOI: doi:10.1093/jxb/erx414
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ancient rice cultivar extensively replaces phospholipids with non-phosphorus glycolipid under phosphorus deficiency (2018)
  • 著者名/発表者名: K Tawaraya, S Honda, W Cheng, M Chuba, Y Okazaki, K Saito, A Oikawa, H Maruyama, J Wasaki, T Wagatsuma
  • 雑誌名: Physiologia Plantarum 巻: in press ページ: in press
  • DOI: doi/abs/10.1111/ppl.12699
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Identification of genomic regions associated with low phosphorus tolerance in japonica rice (Oryza sativa L.) by QTL-Seq. (2018)
  • 著者名/発表者名: S Nishida, DMSB Dissanayaka, S Honda, Y Tateishi, M Chuba, H Maruyama, K Tawaraya, J Wasaki
  • 雑誌名: Soil Science and Plant Nutrition 巻: in press ページ: in press
  • DOI: DOI:10.1080/00380768.2017.1412238
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Organ-specific allocation pattern of acquired phosphorus and dry matter in two rice genotypes with contrasting tolerance to phosphorus deficiency (2018)
  • 著者名/発表者名: DMSB Dissanayaka, S Nishida, K Tawaraya, J Wasaki
  • 雑誌名: Soil Science and Plant Nutrition 巻: in press ページ: in press
  • DOI: doi: 10.1080/00380768.1436941
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Molecular mechanisms underpinning phosphorus-use efficiency in rice (2018)
  • 著者名/発表者名: DMSB Dssanayaka, WC Plaxton, H Lambers, M Siebers, B Marambe, J Wasaki
  • 雑誌名: Plant, Cell and Environment 巻: in press ページ: in press
  • DOI: Doi:10.1111/pce.13191
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The evolution of aluminum accumulation in ferns and lycophytes (2017)
  • 著者名/発表者名: M Schmitt, K Mehltreter, M Sundue, W Testo, T Watanabe, S Jansen
  • 雑誌名: American Journal of Botany 巻: 104 ページ: 573-583
  • DOI: DOI:10.3732/ajb.1600381
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The membrane lipid bilayer as a regulated barrier to cope with detrimental ionic conditions: making new tolerant plant lines with altered membrane lipid bilayer (2017)
  • 著者名/発表者名: T Wagatsuma
  • 雑誌名: Soil Science and Plant Nutrition 巻: 63 ページ: 507-516
  • DOI: https://doi.org/10.1080/00380768.2017.1369362
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] シロイヌナズナ野生系統を用いたカドミウム耐性のゲノムワイド関連解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 中野友貴、橘和隆、GJ Taylor、渡部敏裕、井内聖、小林正智、小山博之、小林佑理子
  • 学会等名: 第５９回日本植物生理学会年会
• [学会発表] アルミニウムストレス下におけるMelastoma malabathricumのトランスクリプトーム解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡部敏裕、西田翔、丸山隼人、吉井健祐、和崎淳
  • 学会等名: 第５９回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Remodeling of membrane lipids in older and younger leaves of two rice cultivars under phosphorus deficient condition (2017)
  • 著者名/発表者名: K Tawaraya, S Honda, W Cheng, M Chuba, Y Okazaki, K Saito, A Oikawa, H Maruyama, J Wasaki, T Wagatsuma
  • 学会等名: XVIII International Plant Nutrition Colloquium
  • 国際学会
• [学会発表] Efficient P utilization and lipid remodeling in leaves of white lupin grown under low P conditions (2017)
  • 著者名/発表者名: K Hanashiro, K Tawaraya, Y Okazasi, K Saito, J Wasaki
  • 学会等名: XVIII International Plant Nutrition Colloquium
  • 国際学会
• [学会発表] Response to phosphorus deficiency of two rice genotypes with contrasting tolerance is determined by plasticity of root growth and leaf phosphorus remobilization (2017)
  • 著者名/発表者名: DMSB Dissanayaka, S Nishida, K Tawaraya, J Wasaki
  • 学会等名: XVIII International Plant Nutrion Colloquium
  • 国際学会
• [学会発表] 低リン土壌に分布する植物の低リン耐性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 和崎淳
  • 学会等名: 第３回 植物の栄養研究会
  • 招待講演
• [学会発表] クラスター根を形成するルーピンとヤマモガシ科植物の低リン環境下での生理応答の比較 (2017)
  • 著者名/発表者名: 岡村惟史、花城清俊、丸山隼人、俵谷圭太郎、渡部敏裕、坪田博美、和崎淳
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会２０１７年度仙台大会
• [学会発表] リン利用効率からみた植物の低リン適応戦略 (2017)
  • 著者名/発表者名: 和崎淳、丸山隼人、西田翔、俵谷圭太郎
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会２０１７年度シンポジウム「低投入を目指した植物栄養生理」
  • 招待講演
• [図書] Transgenic approaches for improving phosphorus use efficiency in plants. In Plant Macro-Nutrient Use Efficiency: Molecular and Genomic Perspectives (2017)
  • 著者名/発表者名: H Maruyama, J Wasaki
  • 総ページ数: 16
  • 出版者: Academic Press
  • ISBN: 978-0-12-811308-0