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2022 年度 実施状況報告書

実用的な環境適応植物創生の基盤開発をめざした複合ストレス下の気孔開閉調節系の解析

研究課題

研究課題/領域番号 20K15447
研究機関東北大学

研究代表者

齋藤 俊也  東北大学, 工学研究科, 学術研究員 (00825226)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
キーワードイオンチャネル / 植物 / リン酸化酵素 / 膜タンパク質 / 電気生理学 / カルシウム / 質量分析
研究実績の概要

当初の研究計画では、【①ホスホプロテオミクス解析】により気孔の全タンパク質のリン酸化解析を行ったうえで【②電気生理測定】によりイオンチャネルとキナーゼの対応関係を割り出す予定であったが、ホスホプロテオミクス解析および【③】で記述した蛍光プローブの実用化が難航しており研究が遅れていた。
しかしここまでの研究過程において、気孔のストレスシグナルの使い分けに重要と思われるアニオンチャネルSLAC1のアミノ酸残基が発覚したため、これらのアミノ酸残基へのリン酸化が気孔の挙動に与える影響を調査するべく、SLAC1の該当アミノ酸残基に疑似リン酸化・脱リン酸化変異を施した植物体を作製中である。また、これらのアミノ酸残基のリン酸化に必要なキナーゼの遺伝子欠損もSALK遺伝子研究所より注文し一通り取り揃えている。今後はこれらの植物体における気孔の挙動を調査することによりチャネルの各リン酸化部位とそれぞれが担う役割を割り出す予定である。
さらに前年度、気孔のCa2+シグナルの種類によって応答する気孔のリン酸化モジュールが異なる可能性があることを報告した。これに関して、リン酸化モジュールとしてCBLをターゲットとし、気孔のCa2+シグナル誘起剤とCBLの対応関係を電気生理実験および精製CBLタンパク質と誘起剤の結合実験により見出すべく、実験の準備を進めている。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

4: 遅れている

理由

前述した通り、当初本研究はホスホプロテオミクス解析により気孔の全タンパク質のリン酸化解析を行ったうえで電気生理測定によりイオンチャネルとキナーゼの対応関係を割り出すという計画であったが、ホスホプロテオミクス解析および蛍光プローブの実用化が難航しており研究が遅れていた。
そのため、これまでの研究過程で発見したSLAC1の重要アミノ酸残基と気孔の挙動の関係性を実際の植物体を用いた実験で明らかにするという方向に研究方針を大幅に転換している。
これにより遺伝子組み換え植物体やCa2+シグナル誘起剤-CBL結合実験の実験系の立ち上げなど当初の計画になかった準備が新たに必要となった。

今後の研究の推進方策

前述した通り、SLAC1の重要アミノ酸残基に疑似リン酸化・脱リン酸化変異を施した植物体を作製中である。現在遺伝子導入まで完了しており、抗生物質選抜により導入遺伝子のホモ接合型挿入を確認後実験に使用する。また、これらのアミノ酸残基のリン酸化に必要なキナーゼの遺伝子欠損もSALK遺伝子研究所より注文し一通り取り揃えており、今後はこれらの植物体における気孔の挙動を調査することによりチャネルの各リン酸化部位とそれぞれが担う役割を割り出す予定である。
さらに、気孔のCa2+シグナル誘起剤とCBLの対応関係を電気生理実験および精製CBLタンパク質と誘起剤の結合実験により見出すべく、実験の準備を進めている。以上の実験により、SLAC1を中心とした気孔のCa2+/リン酸化シグナルにより気孔の挙動がどのように制御されているかを解き明かす予定である。

次年度使用額が生じた理由

前述した通り、当初本研究はホスホプロテオミクス解析により気孔の全タンパク質のリン酸化解析を行ったうえで電気生理測定によりイオンチャネルとキナーゼの対応関係を割り出すという計画であったが、ホスホプロテオミクス解析および蛍光プローブの実用化が難航しており研究が遅れていた。
そのため、これまでの研究過程で発見したSLAC1の重要アミノ酸残基と気孔の挙動の関係性を実際の植物体を用いた実験で明らかにするという方向に研究方針を大幅に転換した。
これにより遺伝子組み換え植物体やCa2+シグナル誘起剤-CBL結合実験の実験系の立ち上げなど当初の計画になかった準備が新たに必要となり、それに伴い研究計画自体の延長も必要となった。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 4件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] ミラノ大学(イタリア)

    • 国名
      イタリア
    • 外国機関名
      ミラノ大学
  • [国際共同研究] ミュンスター大学(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      ミュンスター大学
  • [雑誌論文] Potassium transporter KUP9 participates in K+ distribution in roots and leaves under low K+ stress2022

    • 著者名/発表者名
      Taro Yamanashi, Takeshi Uchiyama, Shunya Saito, Taiki Higashi, Hayato Ikeda, Hidetoshi Kikunaga, Mutsumi Yamagami, Yasuhiro Ishimaru and Nobuyuki Uozumi
    • 雑誌名

      Stress Biology

      巻: 2 ページ: 52(1-11)

    • DOI

      10.1007/s44154-022-00074-x

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Arabidopsis K+ channel inhibitors for unraveling details of stress signaling mechanism.2023

    • 著者名/発表者名
      Shunya Saito, Kanane Sato, Kohsuke Endo, Kyota Suzuki, Masaru Kono, Taishin Kakei, Haruka Taketa, Megumi Kato, Shin Hamamoto, Matteo Grenzi, Alex Costa, Shintaro Munemasa, Yoshiyuki Murata, Mieko Arisawa, Yasuhiro Ishimaru & Nobuyuki Uozumi
    • 学会等名
      International Workshop on Plant Membrane Biology
    • 国際学会
  • [学会発表] Arabidopsis KUP9 is Important for the Translocation of K+ in Roots and Shoots2023

    • 著者名/発表者名
      Taro Yamanashi, Takeshi Uchiyama, Shunya Saito, Taiki Higashi, Hayato Ikeda, Hidetoshi Kikunaga, Mutsumi Yamagami, Yasuhiro Ishimaru, Nobuyuki Uozumi
    • 学会等名
      International Workshop on Plant Membrane Biology
    • 国際学会
  • [学会発表] The Role of AtHKT1 in Removing Na from Flowers2023

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Uchiyama, Shunya Saito, Taro Yamanashi, Megumi Kato, Masaru Tsujii, Hayato Ikeda, Hidetoshi Kikunaga, Toshimi Suda, Sho Toyama, Misako Miwa, Shigeo Matsuyama, Yasuhiro Ishimaru, Nobuyuki Uozumi
    • 学会等名
      International Workshop on Plant Membrane Biology
    • 国際学会
  • [学会発表] (-)-Catechin Gallate and (-)-Gallocatechin Gallate, Components of Green Tea, are Potent Inhibitors of ABA-Induced Stomatal Closure2022

    • 著者名/発表者名
      Kanane Sato, Shunya Saito, Kohsuke Endo, Masaru Kono, Taishin Kakei, Haruka Taketa, Megumi Kato, Shin Hamamoto, Matteo Grenzi, Alex Costa, Shintaro Munemasa, Yoshiyuki Murata, Yasuhiro Ishimaru & Nobuyuki Uozumi
    • 学会等名
      Plant Calcium Signaling Conference
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2023-12-25  

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