植物の乾燥環境適応に寄与する水分屈性分子機構の解明

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20370017
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 植物分子生物・生理学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 高橋 秀幸 東北大学, 大学院・生命科学研究科, 教授 (70179513)
• 研究分担者: 藤井 伸治 東北大学, 大学院・生命科学研究科, 准教授 (70272002) ; 宮沢 豊 東北大学, 大学院・生命科学研究科, 助教 (00342858)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2011
• キーワード: 環境応答

研究概要

植物が水獲得のために発現する水分屈性の分子機構を解明するために、これまでに同定したMIZ1およびMIZ2 (GNOM)を軸に、その制御分子を解析した。まず、水分屈性に必須のMIZ1の機能を明らかにすることを目的に、MIZ1過剰発現体を作出して解析した結果、MIZ1の過剰発現が水分屈性を有意に亢進するだけでなく、側根形成を抑制することが明らかになり、これらの現象がオーキシン量の低下によって起こる可能性が示された。また、MIZ1が小胞輸送を担うGNOM/MIZ2およびオーキシン応答の上流で機能することもわかった。miz1-1突然変異体にGFPを付加したMIZ1 (MIZ1-GFP)を導入して解析した結果、MIZ1-GFPはmiz1-1突然変異体の表現型を相補して水分屈性を回復させること、MIZ1-GFPシグナルは、根の根端皮層細胞と側部根冠組織に認められ、且つ、可溶性タンパク質ならびに小胞体膜の原形質側表層に分画されることがわかった。さらに、免疫沈降法およびLC-MS/MS解析によって、MIZ1と相互作用するタンパク質を探索し、その候補を取得することに成功した。加えて、miz1およびmiz2の抑圧突然変異体の単離に成功した。一方、光照射およびアブシジン酸の処理がMIZ1の発現を正に制御し、光受容体フィトクロムおよび転写因子HY5を介した青色光シグナルが、MIZ1の誘導に機能することを見出した。また、光とアブシジン酸は独立にMIZ1を誘導することも示された。次に、側根の水分屈性にもMIZ1が必要なことを明らかにしたうえで、自然界(土壌中)において根の水分屈性が乾燥条件下での水獲得に機能し、根系形成、生存、生産性に大きく貢献することを証明した。

研究成果

• [雑誌論文] Light and abscises acid signaling are integrated by MIZ1 gene expression and regulate hydrotropic response in roots of Arabidopsis thaliana (2012)
  • 著者名/発表者名: Moriwaki T, Miyazawa Y, Fujii N, Takahashi H
  • 雑誌名: Plant, Cell and Environment 巻: (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] MIZ1, an essential protein for root hydrotropism, is associated with the cytoplasmic face of the endoplasmic reticulum membrane in Arabidopsis root cells (2012)
  • 著者名/発表者名: Yamazaki T, Miyazawa Y, Kobayashi A, Moriwaki A, Fujii N, Takahashi H
  • 雑誌名: FEBS Letters 巻: 586 ページ: 398-402
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gravistimulation changes the accumulation pattern of the CsPIN1 auxin efflux facilitator in the endodermis of the transition zone in cucumber seedlings. (2012)
  • 著者名/発表者名: Watanabe C, Fujii N, Yanai K, Hotta T, Kim D-H, Kamada M, Sasagawa-Saito Y, Nishimura T, Koshiba T, Miyazawa Y, Kim K-M, Takahashi H
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 158 ページ: 239-251
  • 査読あり
• [雑誌論文] MIZU-KUSSEI1 plays an essential role in the hydrotropism of lateral roots in Arabidopsis thaliana (2012)
  • 著者名/発表者名: Iwata S, Miyazawa Y, Takahashi H
  • 雑誌名: Environmental and Experimental Botany 巻: 75 ページ: 167-172
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hormonal regulation of lateral root development in Arabidopsis modulated by MIZ1 and requirement of GNOM activity for MIZ1 function. (2011)
  • 著者名/発表者名: Moriwaki T, Miyazawa Y, Kobayashi A, Uchida M, Watanabe C, Fujii N, Takahashi H
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 157 ページ: 1209-1220
  • 査読あり
• [雑誌論文] Factors responsible for deep-sowing tolerance in wheat seedlings : varietal differences in cell proliferation and the co-ordinated synchronization of edpidermal cell expansion and cortical cell division for the gibberellin-mediated elongation of first internodes (2011)
  • 著者名/発表者名: Kato F, Araki M, Miyazawa Y, Fujii N, Takeda K, Suge H, Takahashi H
  • 雑誌名: Annals of Botany 巻: 108 ページ: 439-447
  • 査読あり
• [雑誌論文] Root tropisms : its mechanism and possible functions in drought avoidance (2011)
  • 著者名/発表者名: Miyazawa Y, Yamazaki T, Moriwaki T, Takahashi H
  • 雑誌名: Advances in Botanical Research 巻: 57 ページ: 349-375
• [雑誌論文] Auxin reverses plant male sterility caused by high temperatures. (2010)
  • 著者名/発表者名: Sakata T, Oshino T, Miura S, Tomabechi M, Tsunaga Y, Higashitani N, Miyazawa Y, Takahashi H, Watanabe M, Higashitani A
  • 雑誌名: PNAS 巻: 107 ページ: 8569-8574
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transcriptome analysis of gene expression during the hydrotropic response in Arabidopsis seedlings. (2010)
  • 著者名/発表者名: Moriwaki T, Miyazawa Y, Takahashi H
  • 雑誌名: Environmental and Experimental Botany 巻: 69 ページ: 148-157
  • 査読あり
• [雑誌論文] Expression analysis of the auxin efflux carrier family in tomato fruit development (2010)
  • 著者名/発表者名: Nishio S, Moriguchi R, Ikeda H, Takahashi H, Takahashi H, Fujii N, Guilfoyle T. J., Kanahama K, Kanayama Y
  • 雑誌名: Planta 巻: 232 ページ: 755-764
  • 査読あり
• [雑誌論文] A molecular mechanism unique to hydrotropism in roots (2009)
  • 著者名/発表者名: Miyazawa Y, Ito Y, Moriwaki T, Kobayashi A, Fujii N, Takahashi H
  • 雑誌名: Plant Science 巻: 297 ページ: 301
  • 査読あり
• [雑誌論文] オーキシンによる植物の重力形態形成の制御機構に関する研究 (2009)
  • 著者名/発表者名: 高橋秀幸
  • 雑誌名: 植物の生長調節 巻: 44 ページ: 10-21
• [雑誌論文] GNOM-mediated vesicular trafficking plays an essential role in hydrotropism of Arabidopsis roots (2009)
  • 著者名/発表者名: Miyazawa Y, Takahashi A, Kobayashi A, Kaneyasu T, Fujii N, Takahashi H
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 149 ページ: 489-502
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hormonal interactions during root tropic growth : hydrotropism versus gravitropism (2009)
  • 著者名/発表者名: Takahashi H, Miyazawa Y, Fujii N
  • 雑誌名: Plant Molecular Biology 巻: 69 ページ: 489-502
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of locally targeted heavy-ion and laser microbeam on root hydrotropism in Arabidopsis thaliana (2008)
  • 著者名/発表者名: Miyazawa Y, Sakashita T, Funayama T, Hamada N, Negishi H, Kobayashi A, Kaneyasu T, Ooba A, Morohashi K, Kakizaki T, Wada S, Kobayashi Y, Fujii N, Takahashi H
  • 雑誌名: Journal of Radiation Research 巻: 49 ページ: 373-379
  • 査読あり
• [雑誌論文] The gravity-regulated growth of maxillary bud is mediated by a mechanism different from decapitation-induced release (2008)
  • 著者名/発表者名: Kitazawa D, Miyazawa Y, Fujii N, Hoshino A, Iida S, Nitasaka E, Takahashi H
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 49 ページ: 891-900
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of a novel gravitropic mutant of morning glory, weeping2 (2008)
  • 著者名/発表者名: Kitazawa D, Miyazawa Y, Fujii N, Nitasaka E, Takkahashi H
  • 雑誌名: Advances in Space Research 巻: 42 ページ: 1050-1059
  • 査読あり
• [学会発表] 光による水分屈性発現調節機構の解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 森脇哲平, 宮沢豊, 藤井伸治, 高橋秀幸
  • 学会等名: 第53回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 20120316-0318
• [学会発表] 光とABAシグナルはMIZ1の発現調節を介して水分屈性を制御する (2011)
  • 著者名/発表者名: 森脇哲平, 小林啓恵, 宮沢豊, 藤井伸治, 高橋秀幸
  • 学会等名: 東北植物学会第1回大会
  • 発表場所: 盛岡
  • 年月日: 20111217-1218
• [学会発表] シロイヌナズナの根系形成に対する水分屈性の寄与 (2011)
  • 著者名/発表者名: 岩田悟, 宮沢豊, 高橋秀幸
  • 学会等名: 日本植物学会第75回大会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20110917-0919
• [学会発表] オーキシン量の低下はシロイヌナズナ根の水分屈性能を向上させる (2011)
  • 著者名/発表者名: 森脇哲平, 岩田悟, 渡辺千秋, 内田真弓, 小林啓恵, 宮沢豊, 藤井伸治, 高橋秀幸
  • 学会等名: 日本植物学会第75回大会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20110917-0919
• [学会発表] Hydrotropism in lateral roots and its possible contribution to drought avoidance in Arabidopsis thaliana (Invited presentation) (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Iwata, Y. Miyazawa, H. Takahashi
  • 学会等名: Plant Biology 2011
  • 発表場所: Minneapolis
  • 年月日: 20110806-10
• [学会発表] MIZ1 regulation of hydrotropism in lateral roots and its contribution to the development of root system in Arabidopsis thaliana. (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Iwata, Y. Miyazawa, H. Takahashi
  • 学会等名: Plant Biology 2011
  • 発表場所: Minneapolis
  • 年月日: 20110806-10
• [学会発表] MIZ1, a soluble protein essential for root hydrotropism, is associated with surface of endoplasmic reticulum membrane in Arabidopsis root cells. (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Yamazaki, A. Kobayashi, Y. Miyazawa, H. Takahashi
  • 学会等名: Plant Biology 2011
  • 発表場所: Minneapolis
  • 年月日: 20110806-10
• [学会発表] Analysis of overexpressor of MIZU-KUSSEI1, a gene required for root hydrotropism of Arabidopsis thaliana (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Miyazawa, T. Moriwaki, M. Uchida, A. Kobayashi, N. Fujii, H. Takahashi
  • 学会等名: XVIII International Botanical Congress
  • 発表場所: Melbourne
  • 年月日: 20110723-30
• [学会発表] Two spaceflight expreriments, Hydro Tropi and CsPINs, for the study of hydrotropism in seedling roots. (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Takahashi, M. Okamoto, K. Morohashi, C. Watanabe, Y. Miyazawa, N. Fujii, T. Yamazaki, A. Higashibata, N. Ishioka, T. Shimazu, Y. Fusejima, H. Kasahara, M. Kamada.
  • 学会等名: The 28th International Symposium on Space Technology and Science (ISTS
  • 発表場所: Okinawa
  • 年月日: 20110605-12
• [学会発表] Subcellular localization of MIZ1 protein essential for hydrotropism in Arabidopsis thaliana. (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Yamazaki, A. Kobayashi, Y. Miyazawa, H. Takahashi
  • 学会等名: 第52回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 20110320-22
• [学会発表] 光シグナルとABAによるMIZ1転写制御と水分屈性能の関係 (2011)
  • 著者名/発表者名: 森脇哲平, 小林啓恵, 宮沢豊, 藤井伸治, 高橋秀幸
  • 学会等名: 第52回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 20110320-22
• [学会発表] シロイヌナズナ根のオーキシン合成量低下による水分屈性能の向上 (2010)
  • 著者名/発表者名: 森脇哲平, 渡辺千秋, 内田真弓, 小林啓恵, 宮沢豊, 藤井伸治, 高橋秀幸
  • 学会等名: 日本植物学会東北支部第22回宮城大会
  • 発表場所: 石巻
  • 年月日: 20101218-1219
• [学会発表] 水分屈性制御遺伝子MIZ1は光あるいはABAに依存した水分屈性を制御する (2010)
  • 著者名/発表者名: 森脇哲平, 小林啓恵, 宮沢豊, 藤井伸治, 高橋秀幸
  • 学会等名: 植物化学調節学会第45回大会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 20101101-1102
• [学会発表] シロイヌナズナにおける側根の水分屈性能 (2010)
  • 著者名/発表者名: 岩田悟, 宮沢豊, 高橋秀幸
  • 学会等名: 日本植物学会第74回大会
  • 発表場所: 春日井市
  • 年月日: 20100909-0911
• [学会発表] 水分屈性制御分子MIZ1の過剰発現はオーキシンを介した側根形成を抑制する (2010)
  • 著者名/発表者名: 森脇哲平, 内田真弓, 小林啓恵, 宮沢豊, 藤井伸治, 高橋秀幸
  • 学会等名: 日本植物学会第74回大会
  • 発表場所: 春日井市
  • 年月日: 20100909-0911
• [学会発表] Biochemical analysis of MIZ1, an essential protein for hydrotropism in Arabidopsis thaliana (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Yamazaki, A. Kobayashi, Y. Miyazawa, H. Takahashi
  • 学会等名: Plant Biology 2010
  • 発表場所: Montreal
  • 年月日: 20100731-0804
• [学会発表] Functional analysis of MIZ1, a gene essential for root hydrotropism (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Miyazawa, T. Moriwaki, M. Uchida, A. Kobayashi, N. Fujii, H. Takahashi
  • 学会等名: 21^<st> International Conference on Arabidopsis Research.
  • 発表場所: Yokohama
  • 年月日: 20100606-10
• [学会発表] Hormonal regulation of lateral root development is modulated by overexpression of MIZ1 (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Moriwaki, Y. Miyazawa, A. Kobayashi, M. Uchida, N. Fujii, H. Takahashi
  • 学会等名: 21^<st> International Conference on Arabidopsis Research
  • 発表場所: Yokohama
  • 年月日: 20100606-10
• [学会発表] 水分屈性欠損突然変異体miz2の遺伝子内相補性の解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 森脇哲平, 宮沢豊, 藤井伸治, 高橋秀幸
  • 学会等名: 第51回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 熊本
  • 年月日: 20100318-21
• [学会発表] シロイヌナズナMIZ1の水分屈性発現経路における作用点の同定 (2010)
  • 著者名/発表者名: 宮沢豊, 森脇哲平, 内田真弓, 柿本洋子, 藤井伸治, 高橋秀幸
  • 学会等名: 第51回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 熊本
  • 年月日: 20100318-21
• [学会発表] シロイヌナズナにおける水分屈性制御遺伝子MIZ1の過剰発現個体の生理学的解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 宮沢豊, 内田真弓, 柿本洋子, 小林啓恵, 藤井伸治, 高橋秀幸
  • 学会等名: 日植物学会第73回大会
  • 発表場所: 山形
  • 年月日: 20090918-20
• [学会発表] 水分屈性突然変異体miz2の変異原因遺伝子はGNOMをコードしている (2009)
  • 著者名/発表者名: 宮沢豊, 高橋あき子, 小林啓恵, 藤井伸治, 高橋秀幸
  • 学会等名: 日本植物生理学会年会第50回大会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 20090321-24
• [学会発表] 根の水分屈性制御遺伝子MIZ1の光による発現制御 (2009)
  • 著者名/発表者名: 森脇哲平, 小林啓恵, 宮沢豊, 藤井伸治, 高橋秀幸
  • 学会等名: 日本植物生理学会年会第50回大会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 20090321-24
• [学会発表] Genetic evidence for mechanisms unique to hydrotropism but independent of gravitropism in Arabidopsis roots (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Takahashi, Y. Miyazawa, A. Kobayashi, T. Moriwaki, M. Uchida, N. Fujii
  • 学会等名: International Symposium on Plant Sensing, Response and Adaptation to Altered Water Status
  • 発表場所: Taipei
  • 年月日: 20090312-13
• [学会発表] 陸上植物の水獲得戦略 (2009)
  • 著者名/発表者名: 高橋秀幸
  • 学会等名: 根の伸長方向を制御する屈性機構園芸学会平成21年度秋季大会シンポジウム「園芸作物における水分生理」
  • 発表場所: 秋田
  • 年月日: 2009-09-26