植物の環境適応・被食防衛に応答するカルシウム依存リン酸化・ユビキチン化制御機構

2010 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21770042
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 有村 源一郎 京都大学, 理学研究科, 准教授 (60505329)
• キーワード: カルシウム / CPK / 食害防御 / 高温ストレス / シロイヌナズナ

研究概要

植物細胞内のカルシウムのダイナミックスが食害応答初期シグナルとして重要な役割を担うことが示唆されつつある。本研究では、食害によって活性されるカルシウム依存性タンパク質リン酸化酵素(Calcium-Dependent Protein Kinase : CPK)とCPKの基質タンパク質に着目し、それらのシグナル伝達カスケードに依存した遺伝子転写制御機構の解明を試みた。
シロイヌナズナCPK遺伝子のT-DNA挿入変異体を用いて、ヨトウガ幼虫(害虫)に被食された変異体における防御遺伝子PDF1.2の発現誘導について解析した。19系統のCPK変異体および野生株の食害後のPDF1.2の発現量を定量した結果、CPK3とCPK13変異体における遺伝子発現が著しく抑制されていることが見出された。したがって我々はCPK3とCPK13に着目し、コムギ無細胞タンパク質合成系を用いて作成された植物転写因子ライブラリーから防御応答に関与する100種の転写因子をCPKの基質候補として選抜し、CPKによるリン酸化実験を実施した。その結果、CPK3/13はHsfB2aなどの3種の転写制御因子およびユビキチンリガーゼであるATL2をリン酸化することがわかった。また、CPK3/13を植物にHsfB2aと一過的に共発現することにより、CPKによるHsfB2aのリン酸化作用はPDF1.2の転写制御にin vivoでも機能することが見出された。CPK-HsfB2aカスケードは、高温ストレスに曝されたシロイヌナズナの防御応答にも関与していたことから、CPKカスケードはリン酸化する基質ターゲットを変化させ、様々なストレス環境下においても多様な役割を担うことが示唆された。

研究成果

• [雑誌論文] Herbivore-induced maize volatiles serve as priming cues for resistance against post-attack by the specialist armyworm Mythimna separata (2011)
  • 著者名/発表者名: Ramadan A., Muroi A., Arimura G.
  • 雑誌名: Journal of Plant Interactions 巻: 6 ページ: 155-158
• [雑誌論文] Ca^<2+>-dependent protein kinases and their substrate HsfB2a are differently involved in the heat response signaling pathway in Arabidopsis (2010)
  • 著者名/発表者名: Nagamangala Kanchiswamy C., Muroi A., Maffei, M.E., Yoshioka T., Sawasaki T., Arimura G.
  • 雑誌名: Plant Biotechnology 巻: 27 ページ: 469-473
  • 査読あり
• [雑誌論文] Regulation of Arabidopsis defense responses against Spodoptera littoralis by CPK mediated calcium signaling (2010)
  • 著者名/発表者名: Nagamangala Kanchiswamy C., Takahashi, H.Quadro S., Maffei M.E., Bossi S., Bertea C., Atsbaha Zebelo S., Muroi A., Ishihama N., Yoshioka H., Boland W., Takabayashi J., Endo Y., Sawasaki T., Arimura G.
  • 雑誌名: BMC Plant Biology 巻: 10 ページ: 97
  • 査読あり
• [雑誌論文] Calcium and secondary CPK signaling in plants in response to herbivore attack (2010)
  • 著者名/発表者名: Arimura G., Maffei M.E.
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 400 ページ: 405-460
  • 査読あり
• [雑誌論文] Arabidopsis CPK3 plays extensive roles in various biological and environmental responses (2010)
  • 著者名/発表者名: Arimura G., Sawasaki T.
  • 雑誌名: Plant Signaling & Behavior 巻: 5 ページ: 1263-1265
• [雑誌論文] Acquired immunity to herbivory and allelopathy caused by airborne plant emissions (2010)
  • 著者名/発表者名: Arimura G., Shiojiri K., Karban R.
  • 雑誌名: Phytochemistory 巻: 71 ページ: 1642-1649
  • 査読あり
• [雑誌論文] 動植物の相互作用に関わるHIPVの生合成と制御メカニズム (2010)
  • 著者名/発表者名: 有村源一郎
  • 雑誌名: Aroma Research 巻: 43 ページ: 218-223
• [学会発表] Metabolic engineering adding ocimene to the cocktail of the natural blend of herbivore-induced volatiles in torenia plants (2010)
  • 著者名/発表者名: Arimura, G
  • 学会等名: JSPS Core-to-Core Program Ecological interaction networks that promote biodiversity-From Gene to Ecosystem-
  • 発表場所: 京都大学(招待講演)
  • 年月日: 20101111-20101112
• [学会発表] 無細胞タンパク質合成系を用いた植物のカルシウム依存リン酸化制御機構の解明 (2010)
  • 著者名/発表者名: 有村源一郎
  • 学会等名: 第5回無細胞生命科学研究会
  • 発表場所: 岡山大学
  • 年月日: 20100929-20100930
• [学会発表] Arabidopsis CPK3 plays extensive roles in various biological and environmental responses (2010)
  • 著者名/発表者名: Arimura, G.
  • 学会等名: The 4th International Symposium of the Biodiversity and Evolution Global COE project
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 20100911-20100912
• [学会発表] オシメン合成酵素遺伝子を恒常的に発現させた組換えトレニアの生態系相互作用 (2010)
  • 著者名/発表者名: 有村源一郎
  • 学会等名: 第28回日本植物細胞分子生物学会大会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 20100902-20100903
• [学会発表] Regulation of Arabidopsis defense responses against Spodoptera littoralis by CPK-mediated calcium signaling (2010)
  • 著者名/発表者名: Arimura G.
  • 学会等名: Plant Biology 2010
  • 発表場所: モントリオール(カナダ)
  • 年月日: 20100731-20100804