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2023 年度 実施状況報告書

植物の窒素欠乏応答戦略におけるマイクロRNAの役割の解明

研究課題

研究課題/領域番号 22K05368
研究機関東京大学

研究代表者

櫻庭 康仁  東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (80792192)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
キーワード窒素欠乏応答 / miRNA / 葉の黄化
研究実績の概要

植物の成長には、土壌中からのバランスのとれた無機栄養素の吸収が必要である。窒素は植物にとって最も多く必要な栄養素の1つであり、窒素栄養が不足した環境では、植物の成長は著しく妨げられる。窒素欠乏環境において、植物は、窒素栄養の獲得に関わる輸送体遺伝子の発現を上昇させるなどの窒素欠乏応答と呼ばれる適応応答を示す。一方、小分子の非コードRNAのマイクロRNA (miRNA)は相補的な配列を持つmRNAの発現を抑制することが知られ、植物の様々な生物学的プロセスにおける発現制御機構において重要な役割を果たす。申請者は、窒素欠乏応答の重要側面である葉の黄化に着目し、50種類のシロイヌナズナ野生系統において低窒素条件で葉の黄化の促進に関わる3つのNAC型転写因子遺伝子の発現量を調べ、それらを量的形質したExpression Genome-Wide Association Study (eGWAS)を行った。結果、3番染色体の短腕側に明瞭なピークが見いだされ、その近傍に、miRNAの生合成に関わるHASTYを見出した。また、低窒素条件において、HASTYの機能欠損は葉の黄化の進行を早めること、逆にHASTYの過剰発現は葉の黄化を遅らせることを明らかにしている。
そこで本研究では、まだほとんど明らかになっていないmiRNAを介した窒素欠乏応答の制御の全貌解明を目標として、窒素欠乏応答におけるHASTYの機能解析を通して、植物における窒素欠乏時のダイナミックなmiRNAの蓄積変動の分子メカニズムの解明、および窒素欠乏応答に関わる新規miRNAの同定と機能解析を行う。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

1年目は、hasty変異株を用いたmiRNA-seq解析を行い、窒素欠乏条件でおよそ検出されたmiRNAのうち半分以上のmiRNAの発現が顕著に減少し、その多くの発現がhasty変異株で下方制御されていることを明らかにし、窒素欠乏時にHASTYを介したmiRNAの大規模なmiRNAの発現変動が重要であることが示唆された。また、窒素欠乏応答におけるHASTYの機能に重要なアミノ酸残基の解析も計画通り進み、1006番目のスレオニン残基がHASTYと相互作用因子DCL1やmiRNAとの相互作用に重要であることを明らかにした。
2年目は、HASTY-MYC過剰発現株を用いたRIPアッセイ、および二分子蛍光相補(BiFC)アッセイにより窒素欠乏時には、HASTYと相互作用因子DCL1およびmiRNAとの相互作用が著しく低下することを明らかにした。また、これまでに得られている結果をまとめて論文執筆を行い、Nature Communicationsに投稿した。

今後の研究の推進方策

Nature Communicationsに投稿した論文は修正依頼をいただき、現在追加実験を行なっている。具体的には、miRNA-seq解析により同定したHASTYを介した窒素欠乏応答に関わるmiRNA781の標的mRNAの同定のために5'RACE実験の準備を進めている。
一方、HASTYの 1006番目のスレオニン残基がリン酸化修飾を受けるアミノ酸残基であるかを、phos-tag電気泳動法や
nanoLC/ISI/MS/MSを用いた解析によって検証を進める。

次年度使用額が生じた理由

2年目に、計画していた実験のうちnanoLC/ISI/MS/MS解析は3年目に行うことになり、必要となる消耗品の費用が必要となる。また、現在投稿中の論文が1つあるため、その掲載費用も必要となる。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件) 学会発表 (1件)

  • [雑誌論文] Dof1.7 and <scp>NIGT1</scp> transcription factors mediate multilayered transcriptional regulation for different expression patterns of <scp><i>NITRATE TRANSPORTER2</i></scp> genes under nitrogen deficiency stress2024

    • 著者名/発表者名
      Zhuo Mengna、Sakuraba Yasuhito、Yanagisawa Shuichi
    • 雑誌名

      New Phytologist

      巻: 242 ページ: 2132~2147

    • DOI

      10.1111/nph.19695

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Arabidopsis <scp>BBX14</scp> negatively regulates nitrogen starvation‐ and dark‐induced leaf senescence2023

    • 著者名/発表者名
      Buelbuel Selin、Sakuraba Yasuhito、Sedaghatmehr Mastoureh、Watanabe Mutsumi、Hoefgen Rainer、Balazadeh Salma、Mueller‐Roeber Bernd
    • 雑誌名

      The Plant Journal

      巻: 116 ページ: 251~268

    • DOI

      10.1111/tpj.16374

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] CRISPR/Cas9‐mediated elimination of OsHHO3, a transcriptional repressor of three <i>AMMONIUM TRANSPORTER1</i> genes, improves nitrogen use efficiency in rice2023

    • 著者名/発表者名
      Liu Kexin、Sakuraba Yasuhito、Ohtsuki Namie、Yang Mailun、Ueda Yoshiaki、Yanagisawa Shuichi
    • 雑誌名

      Plant Biotechnology Journal

      巻: 21 ページ: 2169~2172

    • DOI

      10.1111/pbi.14167

    • 査読あり
  • [学会発表] 窒素欠乏応答におけるマイクロRNAダイナミクスの制御機構の解明2024

    • 著者名/発表者名
      櫻庭康仁、楊 麥倫、柳澤修一
    • 学会等名
      第65回 日本植物生理学会年会

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公開日: 2024-12-25  

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