オートファジーによるイネのシンク・ソース脂質リサイクル機構の解明と生殖・登熟制御

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15K14681
• 研究機関: 東京理科大学
• 研究代表者: 朽津 和幸 東京理科大学, 理工学部応用生物科学科, 教授 (50211884)
• 研究分担者: 来須 孝光 東京工科大学, 応用生物学部, 助教 (50422499)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: オートファジー / イネ / 脂質 / 登熟 / リサイクル / 病虫害抵抗性 / 胚乳 / タペート細胞

研究実績の概要

葯のタペート細胞特異的オートファジー可視化系を確立し、タペート細胞のプログラム細胞死過程におけるオートファジー動態を解析した。脂質蛍光プロープを用いて、タペート細胞内の脂肪滴の動態を解析した。誘導ラマン散乱顕微鏡を用いて、タペート細胞内の脂肪滴等の構造を無染色でイメージングする手法を開発した。
オートファジー欠損変異株と野生型株の葉の細胞内構造を透過電子顕微鏡で、また遺伝子発現や代謝産物を比較解析し、葉におけるオートファジー欠損の影響を解析した。研究の過程で、オートファジー欠損変異株が虫害に弱い可能性を着想した。いもち病菌等の病原体や害虫に対する抵抗性を比較解析し、実際に病害虫抵抗性が低下している可能性が示唆された。モデル植物シロイヌナズナのオートファジー欠損変異株では、植物ホルモンであるサリチル酸が過剰蓄積し、その効果により一部の病原体に対する抵抗性が高まることが報告されているが、イネではサリチル酸の蓄積量に明確な差は見られず、病虫害抵抗性におけるオートファジーの影響はシロイヌナズナとイネとで大きく異なることが明らかとなった。
オートファジーを活性化させた植物体の作出を進めた。オートファジー欠損変異株は当初、完全不稔と考えていたが、花粉形成には遺伝的な影響と環境影響の双方が関わり、栽培条件によっては種子が稔実することを見出した。さまざまな栽培環境を比較し、オートファジー欠損変異株種子を採取することに成功した。オートファジー欠損変異株種子は、白濁しており、大きな社会問題となっている環境ストレスによる米の品質低下の表現型と類似していることを見出した。今後、オートファジー欠損変異株種子を大量に採取し、胚乳形成におけるオートファジーの役割を解析するための基盤を構築した。

研究成果

• [雑誌論文] “Fusion” in Fertilization: Interdisciplinary Collaboration among Plant and Animal Scientists. (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamato KT, Kuchitsu K
  • 雑誌名: Journal of Plant Research 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1007/s10265-017-0937-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Autophagy, programmed cell death and reactive oxygen species in sexual reproduction in plants. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kurusu, T., Kuchitsu, K.
  • 雑誌名: Journal of Plant Research 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1007/s10265-017-0934-4
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Harnessing host ROS-generating machinery for the robust genome replication of a plant RNA virus. (2017)
  • 著者名/発表者名: Hyodo K, Hashimoto K, Kuchitsu K, Suzuki N, Okuno T
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Science, U.S.A. 巻: 114 ページ: E1282-E1290
  • DOI: 10.1073/pnas.1610212114
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Quantitative live cell imaging of autophagic flux and roles of autophagy in reproductive development in plants. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kurusu T, Hanamata S, Kuchitsu K
  • 雑誌名: Bioimages 巻: 24 ページ: 1-11
  • DOI: 10.11169/bioimages.24.1
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Freezing behaviours in wintering Cornus florida flower bud tissues revisited using MRI. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa M, Ide H, Yamazaki H, Murakawa H, Kuchitsu K, Price WS, Arata Y.
  • 雑誌名: Plant Cell and Environment 巻: 39 ページ: 2663-2675
  • DOI: 10.1111/pce.12813
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stomatal closure induced by phytosphingosine-1-phosphate and sphingosine-1-phosphate depends on nitric oxide and pH of guard cells in Pisum sativum. (2016)
  • 著者名/発表者名: Puli MR, Rajsheel P, Aswani V, Agurla S, Kuchitsu K, Raghavendra AS
  • 雑誌名: Planta 巻: 244 ページ: 831-841
  • DOI: 10.1007/s00425-016-2545-z.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mitogen-activated protein kinase 4-like carrying an MEY motif instead of a TXY motif is involved in ozone tolerance and regulation of stomatal closure. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yanagawa Y, Yoda H, Osaki K, Amano Y, Aono M ,Seo S, Kuchitsu K, Mitsuhara I
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 巻: 67 ページ: 3471-3479
  • DOI: 10.1093/jxb/erw17
  • 査読あり
• [学会発表] イネの生殖・プログラム細胞死・代謝制御におけるオートファジーの役割 (2017)
  • 著者名/発表者名: 朽津和幸，瀬良ゆり，澤田隼平，陶文紀，小野聖二郎，花俣繁，坂本真吾，光田展隆，三ツ井敏明，野々村賢一，来須孝光
  • 学会等名: 第58回日本植物生理学会
  • 発表場所: 鹿児島大学（鹿児島県・鹿児島市）
  • 年月日: 2017-03-16 – 2017-03-18
• [学会発表] Critical roles of autophagy in the regulation of reproductive development, programmed cell death and metabolism in rice poster (2016)
  • 著者名/発表者名: Kuchitsu, Kazuyuki
  • 学会等名: COLD SPRING HARBOR ASIA CONFERENCES LATEST ADVANCES IN PLANT DEVELOPMENT AND ENVIRONMENTAL RESPONSE
  • 発表場所: 淡路島夢舞台国際会議場（兵庫県・淡路島市）
  • 年月日: 2016-11-29 – 2016-12-03
  • 国際学会
• [学会発表] イネの種子登熟におけるオートファジーの役割 (2016)
  • 著者名/発表者名: 瀬良ゆり、朽津 和幸
  • 学会等名: 第10回オートファジー研究会
  • 発表場所: NASPA ニューオータニ（新潟県・越後湯沢市）
  • 年月日: 2016-11-13 – 2016-11-15
• [学会発表] イネの生殖・免疫・代謝制御におけるオートファジーの役割 (2016)
  • 著者名/発表者名: 朽津和幸
  • 学会等名: 第10回オートファジー研究会
  • 発表場所: NASPA ニューオータニ（新潟県・越後湯沢市）
  • 年月日: 2016-11-13 – 2016-11-15
  • 招待講演
• [学会発表] イネの花粉形成における葯タペート細胞のオートファジーの制御機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 澤田隼平、朽津 和幸
  • 学会等名: 第10回オートファジー研究会
  • 発表場所: NASPA ニューオータニ（新潟県・越後湯沢市）
  • 年月日: 2016-11-13 – 2016-11-15
• [学会発表] Reactive Oxygen Species, Programmed Cell Death and Autophagy as Double-Edged Swords in Plant Life: Roles in Morphogenesis and Adaptation. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazuyuki Kuchitsu
  • 学会等名: QBIC Workshop 2016
  • 発表場所: 東京理科大学（千葉県・野田市）
  • 年月日: 2016-10-12 – 2016-10-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Roles of autophagy in rice seed development. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuri Sera, Takamitsu Kurusu, Shigeru Hanamata, Shingo Sakamoto, Seijiro Ono, Nobutaka Kitahata, Toshiaki Mitsui, Kenichi Nonomura, Nobutaka Mitsuda, Kazuyuki Kuchitsu
  • 学会等名: QBIC Workshop 2016
  • 発表場所: 東京理科大学（千葉県・野田市）
  • 年月日: 2016-10-12 – 2016-10-14
  • 国際学会
• [学会発表] イネの花粉成熟・種子登熟におけるオートファジーの役割 (2016)
  • 著者名/発表者名: 瀬良ゆり, 陶文紀, 花俣繁, 坂本真吾, 小野聖二郎, 岡咲洋三, 北畑信隆, 小嶋美紀子, 榊原均, 斉藤和季, 野々村賢一, 光田展隆, 来須孝光, 朽津和幸
  • 学会等名: 日本植物学会第80回大会
  • 発表場所: 沖縄コンベンションセンター（沖縄県・宜野湾市）
  • 年月日: 2016-09-16 – 2016-09-18
• [学会発表] 転写因子キメラリプレッサー過剰発現シロイヌナズナ系統における植物免疫応答性の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 来須孝光, 高林宏樹, 中村早希, 市田佳菜絵, 花俣 繁, 藤原すみれ, 朽津和幸, 光田展隆, 高木優, 多田雄一
  • 学会等名: 日本植物学会第80回大会
  • 発表場所: 沖縄コンベンションセンター（沖縄県・宜野湾市）
  • 年月日: 2016-09-16 – 2016-09-18
• [学会発表] Regulation of plant development and defense responses by the ROS-Ca2+ signaling network and autophagy. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazuyuki Kuchitsu
  • 学会等名: Viikki Plant Science Seminar
  • 発表場所: ヘルシンキ大学（フィンランド）
  • 年月日: 2016-09-13 – 2016-09-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Regulation of plant development and defense responses by the ROS-Ca2+ signaling network and autophagy. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazuyuki Kuchitsu
  • 学会等名: Centre of Exellence in Integrative Photosynthesis and Bioactive Compound Research at Systems Biology Level Seminar
  • 発表場所: トゥルク大学（フィンランド）
  • 年月日: 2016-09-12 – 2016-09-12
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Regulation of plant development and defense responses by the ROS-Ca2+ signaling network. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazuyuki Kuchitsu
  • 学会等名: Finnish-Japanese symposium 2016 “Integration of photosynthesis with cellular metabolism: towards sustainable bioeconomy”
  • 発表場所: サーリセルカ（フィンランド）
  • 年月日: 2016-09-05 – 2016-09-10
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] イネのオートフジーのイメージングと発生・代謝制御における役割の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 来須孝光、瀬良ゆり、陶 文紀、澤田隼平、花俣 繁、坂本真吾、 小野聖二郎、岡咲洋三、徳永京也、小嶋美紀子、榊原均、斉藤和季、野々村賢一、小関泰之、光田展隆、多田雄一、朽津和幸
  • 学会等名: 日本バイオイメージング学会
  • 発表場所: 名古屋市立大学薬学部（愛知県・名古屋市）
  • 年月日: 2016-09-05 – 2016-09-06
• [学会発表] イネの花粉成熟・種子登熟におけるオートファジーの役割 (2016)
  • 著者名/発表者名: 来須 孝光、瀬良 ゆり、陶 文紀、花俣 繁、澤田 隼平、 坂本 真吾、小野 聖二郎、岡咲 洋三、小嶋 美紀子、榊原 均、 斉藤 和季、野々村 賢一、光田 展隆、多田 雄一、朽津 和幸
  • 学会等名: 日本植物細胞分子生物学会
  • 発表場所: 信州大学繊維学部（長野県・上田市）
  • 年月日: 2016-09-01 – 2016-09-03
• [学会発表] 「イネの生活環および代謝制御におけるオートファジーの役割」 (2016)
  • 著者名/発表者名: 来須孝光、瀬良ゆり、陶文紀、澤田隼平、花俣繁、坂本真吾、小野聖二郎、岡咲洋三、小嶋美紀子、榊原均、斉藤和季、野々村賢一、光田展隆、多田雄一、朽津和幸
  • 学会等名: イネ遺伝学・分子生物学ワークショップ2016
  • 発表場所: 名古屋大学内野依記念学術交流館1F（愛知県・名古屋市）
  • 年月日: 2016-07-04 – 2016-07-05
• [学会発表] イネの花粉成熟・種子登熟におけるオートファジーの役割 (2016)
  • 著者名/発表者名: 瀬良ゆり、陶文紀、花俣繁、坂本真吾、小野聖二郎、北畑信隆、野々村賢一、光田展隆、来須孝光、朽津和幸
  • 学会等名: イネ遺伝学・分子生物学ワークショップ2016
  • 発表場所: 名古屋大学内野依記念学術交流館1F（愛知県・名古屋市）
  • 年月日: 2016-07-04 – 2016-07-05
• [学会発表] Regulation of Plant Development and Stress Responses by the ROS-Ca2+ Signaling Network and Autophagy. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazuyuki Kuchitsu
  • 学会等名: The 2nd Symposium on Plant Environmental Sensing
  • 発表場所: 杭州師範大学（中国）
  • 年月日: 2016-05-11 – 2016-05-11
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] テイツ／ザイガー植物生理学・発生学 原著第6版 (2017)
  • 著者名/発表者名: L. テイツ、E. ザイガー、I. M. モーラー、A. マーフィー編 西谷和彦／島崎研一郎監訳 朽津和幸他訳
  • 総ページ数: 832
  • 出版者: 講談社
• [図書] 植物ホルモンの科学第3版 (2016)
  • 著者名/発表者名: 浅見忠男、柿本辰男編著 朽津 和幸他著
  • 総ページ数: 192
  • 出版者: 講談社
• [図書] 植物学の百科事典 (2016)
  • 著者名/発表者名: 日本植物学会編 日本育種学会編集協力 朽津 和幸他著
  • 総ページ数: 802
  • 出版者: 丸善出版
• [備考] 東京理科大学理工学部応用生物科学科朽津研究室
  • URL: https://www.facebook.com/KuchitsuLab/
• [備考] 東京理科大学大学院理工学研究科農理工学際連携コース
  • URL: https://www.tus.ac.jp/news/resonance/research_info/03_course.html