植物の排水組織を介した物質分泌機構とその生理学的意義の解明

2023 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 22KJ3061
• 配分区分: 基金
• 研究機関: 甲南大学
• 研究代表者: 八木 宏樹 甲南大学, 自然科学研究科, 特別研究員(PD)
• 研究期間 (年度): 2023-03-08 – 2025-03-31
• キーワード: 溢泌 / 排水組織 / シロイヌナズナ / 物質分泌 / オミクス解析

研究実績の概要

維管束植物は排水組織から液体 (溢泌液と呼ぶ) を排出する．溢泌液には種々のタンパク質や二次代謝物が含まれることが知られている一方で，それらの物質を体外に排出する生理学的な意義やメカニズムはほとんど解明されていない．本研究ではシロイヌナズナの排水組織が有す溢泌液の成分調整機構を理解することを目的としている．前年度までに溢泌液のプロテオーム解析およびイオノーム解析による，シロイヌナズナ溢泌液の成分プロファイリングを実施してきた．2023年度は特に生体イオンに着目したイオノーム解析および，排水組織の詳細な形態観察を実施した．
排水組織ではいくつかのトランスポーター遺伝子が特徴的な発現を示す．これらのトランスポーターが溢泌液中の生体分子成分の濃度調整に関与していると予想される．本解析では昨年度に引き続き，誘導結合プラズマ質量分析 (ICP-MS) による，溢泌液のイオノーム解析を実施した．その結果，植物体に与えた栄養量に応じて溢泌液イオノームが変化することが分かった．また，野生型と比較して，溢泌液中の金属元素濃度が低下する変異体を数系統見出した．これらの原因遺伝子は溢泌液成分の調整を担うものと想定される．
溢泌液の成分調整を行う排水組織および細胞の形態的同定のため，X線CTスキャンおよび光学顕微鏡による組織観察を実施した．排水組織内部は小さな細胞が，葉肉組織よりも密な構造をとっていた．さらにその細胞もいくつかの細胞種に区別できるような形態をもつことが分かった．すなわち排水組織は単一な細胞集団によるものではないと示唆された．

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

本年度は溢泌液についてのイオノーム解析から，イオノームが変化する変異体を獲得することができた．本発見は溢泌について分子遺伝学的にアプローチした研究例の少ない重大な成果である．

今後の研究の推進方策

本年度の研究から溢泌液中のイオン濃度やプロテオームを制御する遺伝子の候補がいくつか発見された．今後はその遺伝子の変異体植物を利用した生理学的解析を進め，国際誌への論文発表を行う予定である．

次年度使用額が生じた理由

当初予定していたプロテオーム解析に遅れが生じたことおよび，既に調達している物品等で植物の生育などが可能だったため，今年度の支出が低く抑えられた．残った研究計画推進および最終年度に向けた論文執筆のために使用する．

研究成果

• [雑誌論文] Shoot gravitropism and organ straightening cooperate to arrive at a mechanically favorable shape in Arabidopsis (2023)
  • 著者名/発表者名: Tsugawa Satoru、Miyake Yuzuki、Okamoto Keishi、Toyota Masatsugu、Yagi Hiroki、Terao Morita Miyo、Hara-Nishimura Ikuko、Demura Taku、Ueda Haruko
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 13 ページ: 11165
  • DOI: 10.1038/s41598-023-38069-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Arabidopsis katamari2 Mutant Exhibits a Hypersensitive Seedling Arrest Response at the Phase Transition from Heterotrophic to Autotrophic Growth (2023)
  • 著者名/発表者名: Hosokawa Chika、Yagi Hiroki、Segami Shoji、Nagano Atsushi J、Koumoto Yasuko、Tamura Kentaro、Oka Yoshito、Matsushita Tomonao、Shimada Tomoo
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 65 ページ: 350～361
  • DOI: 10.1093/pcp/pcad156
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 網羅的な転写因子変異体コレクションのRNA-Seq解析 (2024)
  • 著者名/発表者名: 八木宏樹, 永野惇
  • 学会等名: 第65回日本植物生理学会年会
• [学会発表] ショ糖欠乏培地における膜交通変異体kam2の成長停止の原因究明 (2024)
  • 著者名/発表者名: 細川智佳, 八木宏樹, 瀬上紹嗣, 永野惇, 河本恭子, 田村謙太郎, 岡義人, 松下智直, 嶋田知生
  • 学会等名: 第65回日本植物生理学会年会
• [学会発表] シロイヌナズナ花茎のストレートニングに関わるミオシンXI発現組織の解析 (2024)
  • 著者名/発表者名: 岡村さとこ, 三宅唯月, 梅村優那, 八木宏樹, 豊倉浩一, 西村いくこ, 上田晴子
  • 学会等名: 第65回日本植物生理学会年会
• [学会発表] ウキクサミズゾウムシの食性嗜好に基づくウキクサの選択性 (2024)
  • 著者名/発表者名: 髙橋伽乃, 磯田珠奈子, 村中智明, 八木宏樹, 小山時隆, 金岡雅浩
  • 学会等名: 第71回日本生態学会大会
• [学会発表] Fluorescence imaging analysis of the structure and development of hydathodes in Arabidopsis (2023)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Yagi, Iori Mihara, Kentaro Tamura, Tomonao Matsushita, Ikuko Hara-Nishimura, Haruko Ueda, Tomoo Shimada
  • 学会等名: The 33rd International Conference on Arabidopsis Research (ICAR2023)
  • 国際学会
• [学会発表] Light-dependent nuclear relocation in land plants: differences and similarities between Arabidopsis thaliana and the liverwort Marchantia polymorpha (2023)
  • 著者名/発表者名: Ikuko Hara-Nishimura, Kosei Iwabuchi, Hiroki Yagi, Kenta Moriya, Nanaka Oki, Reina Yokohata, Asami Nakata, Saya Hiromoto, Aino Komatsu, Yuuki Sakai, Shingo Takagi, Tomoo Shimada, Ryuichi Nishihama, Takayuki Kohchi, Yo-hei Watanabe, Haruko Ueda
  • 学会等名: The 33rd International Conference on Arabidopsis Research (ICAR2023)
  • 国際学会
• [学会発表] シロイヌナズナ排水組織の多面的イメージング (2023)
  • 著者名/発表者名: 八木宏樹, 池田陸人, 吉田善葵, 三原衣織, 佐野亮輔, 出村拓, 西村いくこ, 上田晴子, 嶋田知生
  • 学会等名: 日本植物学会第87回大会
• [学会発表] シロイヌナズナを用いた溢泌液に含まれる分泌タンパク質及び排水組織発生の解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 吉田善葵, 三原衣織, 三城恵美, 佐藤伸哉, 加納圭子, 嶋田知生, 西村いくこ, 近藤侑貴, 上田晴子, 八木宏樹
  • 学会等名: 日本植物学会第87回大会
• [学会発表] 植物の器官運動と姿勢復元力の解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 上田 晴子, 岡村 さとこ, 津川 暁, 三宅 唯月, 林 杏樹, 八木 宏樹, 豊倉 浩一, 西村 いくこ
  • 学会等名: 日本植物学会第87回大会
• [学会発表] Characterization of hydathode morphology in Arabidopsis thaliana (2023)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Yagi, Takato Ikeda, Iori Mihara, Ikuko Hara-Nishimura, Kentaro Tamura, Tomoo Shimada, Haruko Ueda
  • 学会等名: Taiwan-Japan Plant Biology (TJPB2023)
  • 国際学会
• [学会発表] Functional diversification of light- and cytoskeleton- dependent nuclear relocation in Marchantia polymorpha (2023)
  • 著者名/発表者名: Kosei Iwabuchi, Hiroki Yagi, Kenta C. Moriya, Aino Komatsu, Noriyuki Suetsugu, Yuuki Sakai, Tomoo Shimada, Ryuichi Nishihama, Takayuki Kohchi, Akiko Harada, Shingo Takagi, Yo-hei Watanabe, Haruko Ueda, Ikuko Hara-Nishimura
  • 学会等名: Taiwan-Japan Plant Biology (TJPB2023)
  • 国際学会
• [学会発表] 植物溢泌液の内容物とその分泌システムの解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 八木宏樹
  • 学会等名: 第10回エンドメンブレンミーティング (JANPER2023)