植物の無機栄養ホメオスタシスと成長の統合的理解と仮説検証

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25221202
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 藤原 徹 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (80242163)
• 研究分担者: 内藤 哲 北海道大学, 農学研究院, 教授 (20164105) ; 三輪 京子 北海道大学, 地球環境科学研究院, 准教授 (50570587)
• 研究期間 (年度): 2013-05-31 – 2018-03-31
• キーワード: 無機栄養 / 輸送 / 制御 / モデル / 遺伝子

研究実績の概要

本研究は植物の栄養条件に対する応答や輸送制御を様々な観点から解析し、それを通じて栄養に応じた植物の成長制御を統合的に理解することを目的として進めてきている。
今年度の成果としては、これまでに取得していたシロイヌナズナのカルシウムやマグネシウム欠乏に感受性のシロイヌナズナ変異株の分子遺伝学的解析によって同定した原因遺伝子の役割に関する研究を進め、同定された遺伝子の一部は栄養輸送体遺伝子のmRNAのスプライシングに関与しており、この遺伝子の欠損によって輸送体遺伝子の正常なmRNAが十分蓄積しなくなることを見出した。この知見に基づき様々な栄養欠乏条件でのmRNAのスプライシングパターンの変化を観察するために、シロイヌナズナを各種栄養欠乏条件で栽培しmRNA seq解析を行った。
NIP5;1遺伝子のmRNAのホウ素による制御機構の解析については、mRNAの切断に関与している配列を明らかにした。また、昨年度までに明らかにしていたAUGUAA配列上にリボソームが停止している可能性を検定するために、in vitro翻訳反応後のmRNAをタンパク質やリボソームが解離しない条件でprimer extension反応を行ったところ、AUGUAA配列の下流側十数塩基の位置でextensionが終わることが明らかになった。このextension反応の停止はホウ素濃度が高い条件でより効率良く起こることも明らかになった。また、この停止はmRNAの切断とは独立して起こることも明らかになった。
数理モデルについては、栄養輸送体の栄養による制御を取り入れた常微分方程式による輸送制御モデルを構築し、その特性解析を進めた。

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

一部予定外の事柄も起こったものの全体としては予定通りに進んでいる。

今後の研究の推進方策

当初の予定に従って進めていく。

研究成果

• [雑誌論文] The Minimum Open Reading Frame, AUG-Stop, Induces Boron-Dependent Ribosome Stalling and mRNA Degradation (2017)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, M., Sotta, N., Yamazumi, Y., Yamashita, Y., Miwa, K., Murota, K., Chiba, Y., Hirai, MY., Akiyama, T., Onouchi, H., Naito, S. and Fujiwara,
  • 雑誌名: Plant Cell 巻: 28(11) ページ: 2830-2849
  • DOI: DOI: 10.1105/tpc.16.00481
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Arabidopsis Mg Transporter, MRS2-4, is Essential for Mg Homeostasis Under Both Low and High Mg Conditions. (2016)
  • 著者名/発表者名: Oda K, Kamiya T, Shikanai Y, Shigenobu S, Yamaguchi K, Fujiwara T.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 57 ページ: 754-763
  • DOI: 10.1093/pcp/pcv196.
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] TPR5 is involved in directional cell division and is essential for the maintenance of meristem cell organization in Arabidopsis thaliana. (2016)
  • 著者名/発表者名: Sotta N, Shantikumar L, Sakamoto T, Matsunaga S, Fujiwara T.
  • 雑誌名: J Exp Bot 巻: 67 ページ: 2401-2411
  • DOI: 10.1093/jxb/erw043
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Up-regulation of genes involved in N-acetylglucosamine uptake and metabolism suggests a recycling mode of chitin in intraradical mycelium of arbuscular mycorrhizal fungi (2015)
  • 著者名/発表者名: Kobae Y., Kawachi M., Saito K., Kikuchi Y., Ezawa T., Maeshima M., Hata S. and Fujiwara, T
  • 雑誌名: Mycorrhiza 巻: 25(5) ページ: 411-417
  • DOI: 10.1007/s00572-014-0623-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An Arabidopsis thaliana copper-sensitive mutant suggests a role of phytosulfokine in ethylene production. (2015)
  • 著者名/発表者名: Wu T, T. Kamiya, Yumoto H, Sotta N, Katsushi Y, Shigenobu S, Matsubayashi Y, and Fujiwara, T
  • 雑誌名: J Exp Bot 巻: 66(13) ページ: 3657-3667
  • DOI: 10.1093/jxb/erv105
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Differential Roles of PIN1 and PIN2 in Root Meristem Maintenance Under Low-B Conditions in Arabidopsis thaliana. (2015)
  • 著者名/発表者名: Li K, T. Kamiya and Fujiwara, T.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 56(6) ページ: 1205-1214
  • DOI: 10.1093/pcp/pcv047
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Mathematical modeling and experimental validation of the spatial distribution of boron in the root of Arabidopsis thaliana identify high boron accumulation in the tip and predict a distinct root tip uptake function. (2015)
  • 著者名/発表者名: Shimotohno A., Sotta N., Sato T., De Ruvo M., Maree AF., Grieneisen VA. and Fujiwara, T.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 56(4) ページ: 620-630
  • DOI: 10.1093/pcp/pcv016.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Evolutionary Divergence of Plant Borate Exporters and Critical Amino Acid Residues for the Polar Localization and Boron-Dependent Vacuolar Sorting of AtBOR1. (2015)
  • 著者名/発表者名: Wakuta S., Mineta K, Amano T., Toyoda A., Fujiwara, T., Naito S. and Takano J
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol 巻: 56(5) ページ: 852-862
  • DOI: 10.1093/pcp/pcv011.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Two distinct families of protein kinases are required for plant growth under high external Mg2+ concentrations in Arabidopsis. (2015)
  • 著者名/発表者名: Mogami J., Fujita Y., Yoshida T., Tsukiori Y., Nakagami H., Nomura Y., Fujiwara, T., Nishida S., Yanagisawa S., Ishida T., Takahashi F., Morimoto K., Kidokoro S., Mizoi J., Shinozaki K. and Yamaguchi-Shinozaki K.
  • 雑誌名: Plant Physiol 巻: 167(3): ページ: 1039-1057
  • DOI: 10.1104/pp.114.249870.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The MYB36 transcription factor orchestrates Casparian strip formation. (2015)
  • 著者名/発表者名: Kamiya, T., Borghi, M., Wang, P., Danku, J. M., Kalmbach, L., Hosmani, PS., Naseer, S.,Fujiwara, T, Geldner, N. and Salt, DE.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 巻: 112(33) ページ: 10533-10538
  • DOI: 10.1073/pnas.1507691112
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Arabidopsis thaliana PRL1 is involved in low calcium tolerance. (2015)
  • 著者名/発表者名: Shikanai., Y., Yamagami, M., Shigenobu, S., Yamaguchi, K., Kamiya, T. and Fujiwara, T.
  • 雑誌名: Soil Science and Plant Nutrition 巻: 61(6) ページ: 951-956
  • DOI: 10.1080/00380768.2015.1086277
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] シロイヌナズナのgsl10変異株の低Ca感受性における葉の壊死パターンの解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 鹿内勇佑、吉田亮祐、榎本裕介、平野朋子、山上睦、重信秀治、山口勝司、神谷岳洋、藤原 徹
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2016年度佐賀大会
  • 発表場所: 佐賀大学本庄キャンパス（佐賀県佐賀市）
  • 年月日: 2016-09-20 – 2016-09-22
• [学会発表] Issues that may not be covered by peoples talk, including LA-ICP-MS story, modeling/BOR3, AUG-UAA issues etc. (2016)
  • 著者名/発表者名: 藤原 徹
  • 学会等名: ホウ素栄養研究会
  • 発表場所: 北海道大学（北海道札幌市）
  • 年月日: 2016-08-02 – 2016-08-04
• [学会発表] Analysis of the mineral distribution in root using LA-ICP-MS (2016)
  • 著者名/発表者名: 笠井光治
  • 学会等名: ホウ素栄養研究会
  • 発表場所: 北海道大学（北海道札幌市）
  • 年月日: 2016-08-02 – 2016-08-04
• [学会発表] シロイヌナズナにおける低カルシウム感受性変異株の発現プロファイルの解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 鹿内勇佑，淺田真由，山上睦，神谷岳洋，藤原徹
  • 学会等名: 日本植物生理学会第57回年会
  • 発表場所: 岩手大学上田キャンパス（岩手県盛岡市）
  • 年月日: 2016-03-18 – 2016-03-20
• [学会発表] シロイヌナズナのホウ素輸送体、NIP5;1 のホウ素に応答したmRNA蓄積の制御機構の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 田中 真幸、反田直之、千葉由佳子、尾之内 均、内藤 哲、藤原 徹
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会２０１５年度京都大会
  • 発表場所: 京都大学吉田キャンパス(京都府京都市）
  • 年月日: 2015-09-09 – 2015-09-11
• [学会発表] カスパリー線の機能と形成機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 神谷 岳洋
  • 学会等名: 第1回植物の栄養研究会
  • 発表場所: 東京大学（東京都文京区）
  • 年月日: 2015-09-04 – 2015-09-05
• [学会発表] リボソーム停止を介した栄養感知 (2015)
  • 著者名/発表者名: 田中 真幸
  • 学会等名: 第1回植物の栄養研究会
  • 発表場所: 東京大学（東京都文京区）
  • 年月日: 2015-09-04 – 2015-09-05
• [学会発表] シロイヌナズナのCa欠乏耐性へのカロース合成酵素遺伝子の寄与 (2015)
  • 著者名/発表者名: 鹿内 勇佑
  • 学会等名: 第1回植物の栄養研究会
  • 発表場所: 東京大学（東京都文京区）
  • 年月日: 2015-09-04 – 2015-09-05
• [学会発表] Rapid regulation of nutrient transporters is crucial for preventing oscillations in the root system (2015)
  • 著者名/発表者名: 反田 直之
  • 学会等名: 第1回植物の栄養研究会
  • 発表場所: 東京大学（東京都文京区）
  • 年月日: 2015-09-04 – 2015-09-05
• [学会発表] Identification of a novel boron-regulated pathway to regulate root cell elongation in Arabidopsis thaliana (2015)
  • 著者名/発表者名: 李 克
  • 学会等名: 第1回植物の栄養研究会
  • 発表場所: 東京大学（東京都文京区）
  • 年月日: 2015-09-04 – 2015-09-05
• [学会発表] ホウ素トランスポーターの細胞層特異的発現と生育への影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 福田 牧葉
  • 学会等名: 第1回植物の栄養研究会
  • 発表場所: 東京大学（東京都文京区）
  • 年月日: 2015-09-04 – 2015-09-05
• [学会発表] シロイヌナズナのホウ素輸送体、NIP5;1のホウ素に応答したmRNA蓄積の制御機構の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 田中 真幸
  • 学会等名: 第1回植物の栄養研究会
  • 発表場所: 東京大学（東京都文京区）
  • 年月日: 2015-09-04 – 2015-09-05
• [学会発表] AUG-UAAによるホウ素応答機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 田中真幸
  • 学会等名: 2015ホウ素栄養研究会
  • 発表場所: 大滝セミナーハウス（北海道）
  • 年月日: 2015-06-12 – 2015-06-14