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2020 年度 実施状況報告書

植物の光障害耐性を支える新奇オルガネラ・オートファジー経路の同定

研究課題

研究課題/領域番号 20K15501
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

中村 咲耶  国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 訪問研究員 (20845151)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
キーワードオートファジー / オルガネラ / シロイヌナズナ / 光障害 / 細胞内品質管理
研究実績の概要

植物は光合成により成長する一方で、強烈な太陽光による障害に常に晒されている。申請者らは、太陽光の主な障害要因である紫外線 (UVB) や強光に対する植物の耐性機構に着目し、光障害により損傷した葉緑体が、細胞内分解系であるオートファジーによって除去されることを明らかにした。本研究では、光障害時に、植物成長を支える他のオルガネラの品質管理にもオートファジーが寄与する可能性に着目し、植物の新奇オルガネラ・オートファジー経路を同定し、ストレス応答としての重要性を検証する。これにより、光障害耐性機構として植物オートファジーが担う役割の全容解明を目指す。令和2年度は、以下のような具体的な成果が得られた。
項目1として、光障害 (UVB・強光) 時における各種オルガネラの数・サイズを定量評価した。特に、UVB障害付与後にミトコンドリアの数が減っている一方で、オートファジー欠損株ではその数が増え、野生株と比較すると、個々のサイズが小さいものが増加していた。項目2でオートファゴソームマーカーATG8との共局在を解析し、緑色蛍光タンパク質あるいは赤色蛍光タンパク質で可視化したATG8とミトコンドリアが隣接あるいは共局在している様子が観察された。これらの結果から、UVB障害を受けたミトコンドリアの除去にオートファジーが機能していることが示された。
また、項目1の解析において、ペルオキシソームについては、野生株に比較し、UVB障害前からオートファジー欠損株で数が多く、UVB障害後にはさらに増加することを見出した。よってオートファジーは紫外線障害時にペルオキシソームについても積極的に分解している可能性が示された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

これまでに、オートファジーが紫外線障害を受けたミトコンドリアの除去を担っていることを明らかにすることができた。他のオルガネラについても解析を行っており、本研究計画はおおむね順調に進展していると考えられる。

今後の研究の推進方策

本研究はおおむね順調に進展しているため、引き続き当初の計画に沿って計画を進めていく。特に、ミトコンドリア・オートファジー(マイトファジー)が植物の紫外線応答として働いている可能性が示されたため、その際に機能するマイトファジー・レセプターなど新規の関連因子の探索にも焦点をあてる。

次年度使用額が生じた理由

本年度は学会や出張が中止、あるいはオンラインでの開催となり、予定していた請求額よりも旅費の使用が少なかったため。残高については、翌年度の消耗品費に加算して、顕微鏡観察用の備品などの購入に充てる。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 1件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (1件)

  • [雑誌論文] Mitophagy in plants2021

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Sakuya、Hagihara Shinya、Izumi Masanori
    • 雑誌名

      Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects

      巻: 1865 ページ: 129916~129916

    • DOI

      10.1016/j.bbagen.2021.129916

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 葉緑体オートファジーの研究展開:植物を超えた議論の発展を目指して2021

    • 著者名/発表者名
      中村咲耶、泉正範
    • 雑誌名

      BSJ-Review

      巻: 12A ページ: 68~77

    • DOI

      10.24480/bsj-review.12a8.00201

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Autophagy Contributes to the Quality Control of Leaf Mitochondria2020

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Sakuya、Hagihara Shinya、Otomo Kohei、Ishida Hiroyuki、Hidema Jun、Nemoto Tomomi、Izumi Masanori
    • 雑誌名

      Plant and Cell Physiology

      巻: 62 ページ: 229~247

    • DOI

      10.1093/pcp/pcaa162

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] RCB-mediated chlorophagy caused by oversupply of nitrogen suppresses phosphate-starvation stress in plants2020

    • 著者名/発表者名
      Yoshitake Yushi、Nakamura Sakuya、Shinozaki Daiki、Izumi Masanori、Yoshimoto Kohki、Ohta Hiroyuki、Shimojima Mie
    • 雑誌名

      Plant Physiology

      巻: 185 ページ: 318~330

    • DOI

      10.1093/plphys/kiaa030

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Chlorophagy does not require PLANT U-BOX4-mediated ubiquitination2020

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Sakuya、Izumi Masanori
    • 雑誌名

      Plant Signaling & Behavior

      巻: 16 ページ: 1861769~1861769

    • DOI

      10.1080/15592324.2020.1861769

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Chloroplast Autophagy and Ubiquitination Combine to Manage Oxidative Damage and Starvation Responses2020

    • 著者名/発表者名
      Kikuchi Yuta、Nakamura Sakuya、Woodson Jesse D.、Ishida Hiroyuki、Ling Qihua、Hidema Jun、Jarvis R. Paul、Hagihara Shinya、Izumi Masanori
    • 雑誌名

      Plant Physiology

      巻: 183 ページ: 1531~1544

    • DOI

      10.1104/pp.20.00237

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Development of potent inhibitors for strigolactone receptor DWARF 142020

    • 著者名/発表者名
      Yoshimura Masahiko、Kim Sojung F.、Takise Ryosuke、Kusano Shuhei、Nakamura Sakuya、Izumi Masanori、Yagi Akiko、Itami Kenichiro、Hagihara Shinya
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 56 ページ: 14917~14919

    • DOI

      10.1039/D0CC01989E

    • 査読あり
  • [学会発表] Plant mitophagy contributes to the maintenance of mitochondrial population and quality in Arabidopsis leaves2021

    • 著者名/発表者名
      中村咲耶、萩原伸也、大友康平、石田宏幸、日出間純、根本知己、泉正範
    • 学会等名
      第62回 日本植物生理学会年会

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公開日: 2021-12-27  

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