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2023 年度 実施状況報告書

孔辺細胞における新奇フォトトロピン情報伝達による気孔開口メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 22K15144
研究機関東京理科大学

研究代表者

山内 翔太  東京理科大学, 創域理工学部生命生物科学科, 助教 (70838052)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
キーワードフォトトロピン / デンプン分解 / 気孔開口
研究実績の概要

青色光受容体フォトトロピンは孔辺細胞葉緑体のデンプンを分解することで気孔開口を促進する。
しかし、そのメカニズムは不明である。
これまでに、孔辺細胞を材料にしたリン酸化プロテオーム解析により、青色光依存的にWD-repeat containing proteinであるWDRに着目し、研究を進め、WDRが青色光によるデンプン分解におけるフォトトロピンの基質であることを示した。
WDRは真核生物に保存されており、その動物におけるオルソログは脱ユビキチン化酵素USPと相互作用することでタンパク質の脱ユビキチン化を制御する。WDRと相互作用を示すタンパク質を同定することを目的に共同免疫沈降解析を行い、複数の複数の候補タンパク質を同定した。その中には植物におけるUSPのオルソログが含まれており、植物においてもWDRが脱ユビキチン化酵素と相互作用することが考えられた。これを検証するためにin vitro pulldown法とBiFCで結合を調べたところ、WDRはUSPと相互作用することが明らかになった。また、usp変異体の気孔開口を調べたところ青色光による気孔開口とデンプン分解が阻害されることが示唆された。これはWDRが脱ユビキチン化によりデンプン分解と気孔開口を制御することを示唆する。さらにin vitroで脱ユビキチン化活性を測定する実験系を構築した。
また国際誌にWDRがフォトトロピンの基質としてBLUS1/H+-ATPase情報伝達と協調してデンプン分解を促進するメカニズムに関する論文を投稿した。

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

国際誌にWDRがフォトトロピンの基質としてBLUS1/H+-ATPase情報伝達と協調してデンプン分解を促進するメカニズムに関する論文を投稿した。
またWDRの相互作用因子を同定し、これが気孔開口・デンプン分解に関与することを明らかにしたため。

今後の研究の推進方策

USPとWDRの相互作用について、さらに詳細に解析していく。具体的にはUSPとWDRの結合モチーフを破壊した際にの結合や気孔開口について調べる。またWDRがUSPと複合体を形成して脱ユビキチン化活性を示すかを人工基質を用いたin vitro assayで明らかにする。
さらにデンプン分解後の代謝産物の同定を行う。具体的にはデンプン分解の下流で合成され、気孔開口に重要と考えられる有機酸の合成酵素の変異体の解析や、有機酸の同定を試みる。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (1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 (11件) (うち国際学会 6件)

  • [国際共同研究] ETH Zurich(スイス)

    • 国名
      スイス
    • 外国機関名
      ETH Zurich
  • [雑誌論文] Light-induced stomatal opening requires phosphorylation of the C-terminal autoinhibitory domain of plasma membrane H+-ATPase2024

    • 著者名/発表者名
      Fuji Saashia、Yamauchi Shota、Sugiyama Naoyuki、Kohchi Takayuki、Nishihama Ryuichi、Shimazaki Ken-ichiro、Takemiya Atsushi
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 15 ページ: -

    • DOI

      10.1038/s41467-024-45236-9

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] ゼニゴケのB4 型Raf-like kinase PRAF の細胞内局在の解析2024

    • 著者名/発表者名
      山内翔太,半田和華,新宅明日架,小出絵理,岩野惠,河内孝之,西浜竜一
    • 学会等名
      第65回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] 青色光に応答した細胞膜H+-ATPase の活性化が阻害された突然変異体の単離と機能解析2024

    • 著者名/発表者名
      冨士彩紗, 山内翔太, 武宮淳史
    • 学会等名
      第65回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] 青色光に応答したデンプン分解を介した気孔開口の分子機構の解明2024

    • 著者名/発表者名
      田大貴, 山内翔太, 武宮淳史
    • 学会等名
      第65回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] Analysis of regeneration control by the MAP kinase MpMPK1 in Marchantia polymorpha2024

    • 著者名/発表者名
      Rika Yanuki, Shota Yamauchi, Ryuichi Nishihama
    • 学会等名
      第65回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] シロイヌナズナのMAP4K1 とMAP4K2はCa2+シグナルを介してABA 誘導性気孔閉鎖を正に制御する2024

    • 著者名/発表者名
      山下昂太,大石杏,高瀬緋奈乃,片桐壮太郎,李揚丹,神山佳明,山内翔太,武宮淳史,森泉,梅澤泰史
    • 学会等名
      第65回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] Blue light-dependent phosphorylation of WD40-repeat protein is essential for starch degradation to promote stomatal opening2023

    • 著者名/発表者名
      Shota Yamauchi, Naoyuki Sugiyama, Yutaka Kodama, Luca Distefano, Haruki Fujii, Mika Nomoto, Yasuomi Tada, Kazuhiro Hotta, Diana Santelia, Ken-ichiro Shimazaki, Atsushi Takemiya
    • 学会等名
      TJPB2023
    • 国際学会
  • [学会発表] Involvement of MAP kinase signaling in regeneration of Marchantia polymorpha2023

    • 著者名/発表者名
      Rika Yanuki, Shota Yamauchi, Ryuichi Nishihama
    • 学会等名
      TJPB2023
    • 国際学会
  • [学会発表] A novel activation mechanism of plasma membrane H+-ATPase via phosphorylation within its C-terminal auto-inhibitory domain to open stomata by light2023

    • 著者名/発表者名
      Saashia Fuji, Shota Yamauchi, Naoyuki Sugiyama, Takayuki Kohchi, Ryuichi Nishihama, Ken-ichiro Shimazaki, Atsushi Takemiya
    • 学会等名
      TJPB2023
    • 国際学会
  • [学会発表] Phosphorylation of WD-repeat protein WDR by phototropins is essential for starch degradation to promote stomatal opening2023

    • 著者名/発表者名
      Shota Yamauchi, Naoyuki Sugiyama, Yutaka Kodama, Luca Distefano, Haruki Fujii, Mika Nomoto, Yasuomi Tada, Kazuhiro Hotta, Diana Santelia, Ken-ichiro Shimazaki, Atsushi Takemiya
    • 学会等名
      The 33rd International Conference on Arabidopsis Research
    • 国際学会
  • [学会発表] Phosphorylation of two Thr residues in the C-terminal auto-inhibitory domain of plasma membrane H+-ATPase is crucial for light-induced stomatal opening2023

    • 著者名/発表者名
      Saashia Fuji, Shota Yamauchi, Naoyuki Sugiyama, Takayuki Kohchi, Ryuichi Nishihama, Ken-ichiro Shimazaki, Atsushi Takemiya
    • 学会等名
      The 33rd International Conference on Arabidopsis Research
    • 国際学会
  • [学会発表] Phosphoproteomic analysis of Arabidopsis guard cells for screening of SnRK2 substrates2023

    • 著者名/発表者名
      Kota Yamashita, Anzu Oishi, Mizuki Saigusa, Sotaro Katagiri, Yoshiaki Kamiyama, Yangdan Li, Shota Yamauchi, Atsushi Takemiya, Taishi Umezawa
    • 学会等名
      The 33rd International Conference on Arabidopsis Research
    • 国際学会

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公開日: 2024-12-25  

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