気孔装置解析による植物独自の高次情報処理のパラダイム提案

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26221103
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 射場 厚 九州大学, 理学研究院, 教授 (10192501)
• 研究分担者: 柳澤 修一 東京大学, 生物生産工学研究センター, 准教授 (20222359)
• 研究期間 (年度): 2014-05-30 – 2019-03-31
• キーワード: 気孔 / 二酸化炭素

研究実績の概要

（１）気孔機能化因子SCAP1転写因子の調節機構の解明：気孔の分化機構は知られているが、分化過程終了後に始まる気孔環境応答能獲得の機構は未解明である。我々はDOF型転写因子SCAP1が気孔を成熟させ、機能化するための司令塔であることを明らかにしたが、その発現調節機構には手つかずであった。そこで、このSCAP1遺伝子のプロモーター領域で発現制御に関与する領域の決定を行った。引き続き酵母ワンハイブリッド系を用いて特異的にSCAP1に作用する転写因子の同定を試みているところである。
（２）気孔閉鎖因子SLAC1陰チャネルにおけるABA・CO2情報感知・処理機構の解明：SLAC1の活性化制御に関しては、ABAシグナルによりN末端領域がリン酸化されて活性化するとの報告はあるものの、CO2によるSLAC1の活性化に関しては何ら報告されていない。変異型SLAC1遺伝子を導入した形質転換植物の解析から、SLAC1のCO2シグナル受容部位はそのチャネルタンパク質の膜貫通領域を形成する部分に存在することを明らかにした。さらに、CO2シグナル受容に関与するアミノ酸を同定するため、SLAC1の立体構造モデルを基にリン酸化されうるアミノ酸を選抜し、1アミノ酸置換実験を行った結果、CO2応答に特異的に関与すると思われる２つのアミノ酸残基を同定した。

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

気孔環境応答における高次情報処理を司る因子として、気孔機能化因子SCAP1と気孔閉鎖因子SLAC1チャネルの二つを中心に研究を進めている。どちらも、植物細胞の多元的信号処理の要の因子である可能性が高い。前者においては新規調節因子の同定が進んでおり、後者においては環境刺激の違いを異なる受信部位によって選別していることを明らかにした。研究題目に合致した成果が今後得られることが期待される。

今後の研究の推進方策

２年次以降の研究においては、初年度で得られた研究成果を踏まえ、環境情報の統合に関する細胞レベルでの分子機構の解明につなげていきたい。また、高次情報処理の新規事例として、孔辺細胞と副細胞からなる気孔装置にも着目し、２つの細胞間の協調行動に介在する膜交通機構の解析から、細胞間コミュニケーションについての研究も展開する予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Dominant and recessive mutations in the Raf-like kinase HT1 gene completely disrupt stomatal responses to CO2. (2016)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto-Sugimoto, M., Negi, J., Monda, K., Higaki, T., Isogai, Y., Nakano, T., Hasezawa, S. and Iba, K.
  • 雑誌名: J.Exp. Bot.
  • DOI: 10.1093/jxb/erw134
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Enhanced stomatal conductance by a spontaneous Arabidopsis tetraploid, Me-0, results from increased stomatal size and greater stomatal aperture. (2016)
  • 著者名/発表者名: Monda, K., Araki, H., Kuhara, S., Ishigaki, G., Akashi, R., Negi, J., Kojima M., Sakakibara, H., Takahashi, S., Hashimoto-Sugimoto, M., Goto, N. and Iba, K.
  • 雑誌名: Plant Physiol. 巻: 170 ページ: 1435-1444
  • DOI: 10.1104/pp.15.01450
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The transmembrane region of guard cell SLAC1 channels perceives CO2signals via an ABA-independent pathway in Arabidopsis. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, Y., Negi, J., Wang, C., Isogai, Y., Schroeder, J.I. and Iba, K.
  • 雑誌名: Plant Cell 巻: 28 ページ: 557-567
  • DOI: 10.1105/tpc.15.00583
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] CO2 sensing and stomatal conductance regulation: advances and open questions. (2016)
  • 著者名/発表者名: Engineer, C., Hashimoto-Sugimoto, M., Negi, J., Rappel, W-J., Iba, K. and Schroeder, J.
  • 雑誌名: Trends Plant Sci. 巻: 21 ページ: 16-30
  • DOI: 10.1016/j.tplants.2015.08014
  • 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] The HT1 protein kinase is essential for red light-induced stomatal opening and genetically interacts with OST1 in red light and CO2-induced stomatal movement responses. (2015)
  • 著者名/発表者名: Matrosova, A., Bogiredd,i H., Mateo-Peñas, A., Hashimoto-Sugimoto, M., Iba, K., Schroeder, J.I. and Israelsson-Nordström, M.
  • 雑誌名: New Phytol. 巻: 208 ページ: 1126-1137
  • DOI: 10.1111/nph.13566.
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Natural Variation in Stomatal Responses to Environmental Changes among Arabidopsis thaliana Ecotypes. (2015)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, S., Monda, K., Negi, J., Konishi, F., Ishikawa, S., Hashimoto-Sugimoto,M., Goto, N. and Iba, K.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 10 ページ: e0117449
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0117449
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Establishment of the chloroplast genetic system in rice during early leaf development and at low temperatures. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kusumi, K. and Iba, K.
  • 雑誌名: Front. Plant Sci. 巻: 5 ページ: 386
  • DOI: 10.3389/fpls.2014.00386
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Temperature Stress in Plants. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kai, H. and Iba, K.
  • 雑誌名: eLS.
  • DOI: 10.1002/9780470015902.a0001320.pub2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diversity in Guanosine 3′,5′-Bisdiphosphate (ppGpp) Sensitivity Among Guanylate Kinases of Bacteria and Plants. (2014)
  • 著者名/発表者名: Nomura, Y., Izumi, A., Fukunaga, Y. Kusumi, K., Iba, K., Watanabe, S., Nakahira, Y., Weber, A. P., Nozawa, A., and Tozawa, Y.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 289 ページ: 15631-15641
  • DOI: 10.1074/jbc.M113.534768.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] New Approaches to the Biology of Stomatal Guard Cells. (2014)
  • 著者名/発表者名: Negi, J., Hashimoto-Sugimoto, M., Kusumi, K. and Iba, K.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 55 ページ: 241-250
  • DOI: 10.1093/pcp/pct145
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dynamics and environmental responses of PATROL1 in Arabidopsis subsidiary cells. (2014)
  • 著者名/発表者名: Higaki, T., Hashimoto-Sugimoto, M., Akita, K., Iba, K., and Hasezawa, S.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 55 ページ: 773-780
  • DOI: 10.1093/pcp/pct151
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Molecular genetic application of hyperspectral image sensing as a method for high-throughput quantitative phenotype analysis. (2014)
  • 著者名/発表者名: Osamu Matsuda, Suetsugu Noriyuki, Uchida Seiichi, Wada Masamitsu, Iba, K.
  • 雑誌名: Jpn. J. Ecol. 巻: 64 ページ: 205-213
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] フォスファチジルエタノールアミン合成酵素PECT1は気孔開閉応答に関与する (2016)
  • 著者名/発表者名: 袮冝 淳太郎, 岡部 誠, 小野 勇兵, 星野 奈摘, 西田 生郎, 射場 厚
  • 学会等名: 第57回日本植物生理学会
  • 発表場所: 岩手大学
  • 年月日: 2016-03-18 – 2016-03-20
• [学会発表] 気孔閉鎖を司る陰イオンチャネルSLAC1のCO2シグナル受容部位は膜貫通領域に存在する (2016)
  • 著者名/発表者名: 山本禎子、祢冝淳太郎、Cun Wang、磯貝泰弘、Julian I. Schroeder、射場 厚
  • 学会等名: 第57回日本植物生理学会
  • 発表場所: 岩手大学
  • 年月日: 2016-03-18 – 2016-03-20
• [学会発表] 巨大気孔をもつ4倍体シロイヌナズナエコタイプMe-0は高い気孔コンダクタンスを示す (2016)
  • 著者名/発表者名: 門田 慧奈 , 荒木 啓充 , 久原 哲 , 石垣 元気 , 明石 良 , 祢宜 淳太郎 , 小嶋 美紀子 , 榊原 均 , 高橋 將 , 橋本（杉本） 美海 , 後藤 伸治 , 射場 厚
  • 学会等名: 第57回日本植物生理学会
  • 発表場所: 岩手大学
  • 年月日: 2016-03-18 – 2016-03-20
• [学会発表] Involvement of a RNA-binding protein, NUS1, in the maintenance of chloroplast rRNA at low temperature in Arabidopsis (2016)
  • 著者名/発表者名: 江原涼美, 射場 厚, 楠見健介
  • 学会等名: 第57回日本植物生理学会
  • 発表場所: 岩手大学
  • 年月日: 2016-03-18 – 2016-03-20
• [学会発表] 膜交通阻害剤が気孔の環境応答に及ぼす影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 高橋 將, 門田 慧奈, 祢宜 淳太郎, 射場 厚
  • 学会等名: 第57回日本植物生理学会
  • 発表場所: 岩手大学
  • 年月日: 2016-03-18 – 2016-03-20
• [学会発表] 気孔閉鎖因子 SLAC1 の機能を改変したイネ変異株の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 楠見健介、橋村綾菜、射場厚
  • 学会等名: 日本植物学会第79回大会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟市）
  • 年月日: 2015-09-06 – 2015-09-08
• [学会発表] 気孔の環境応答に及ぼす膜交通阻害剤の効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 高橋將、門田慧奈、祢宜淳太郎、射場厚
  • 学会等名: 日本植物学会第79回大会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟市）
  • 年月日: 2015-09-06 – 2015-09-08
• [学会発表] 順遺伝学的手法を用いたシロイヌナズナ CO2 シグナル伝達因子 HT1 キナーゼの下流に位置する因子の探索 (2015)
  • 著者名/発表者名: 齋藤早希子、祢宜淳太郎、門田慧奈、小嶋美紀子、榊原均、射場厚
  • 学会等名: 日本植物学会第79回大会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟市）
  • 年月日: 2015-09-06 – 2015-09-08
• [学会発表] 植物の CO2 適応に関わるSORFの解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山本あゆ、山口剛史、花田耕介、射場厚、楠見健介
  • 学会等名: 日本植物学会第79回大会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟市）
  • 年月日: 2015-09-06 – 2015-09-08
• [学会発表] 気孔閉鎖因子SLAC1のチャネル機能を改変したイネ変異株の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 楠見健介、橋村綾菜、射場厚
  • 学会等名: 第33回日本植物細胞分子生物学会
  • 発表場所: 東京大学農学部キャンパス
  • 年月日: 2015-08-10 – 2015-08-12
• [学会発表] 気孔葉緑体変異体gles1はCO2によるS型陰イオンチャネル活性制御に異常を持つ (2015)
  • 著者名/発表者名: 祢冝淳太郎, 楠見健介, 宗正晋太郎, 藤田麻友美, Julian Schroeder, 射場 厚
  • 学会等名: 第33回日本植物細胞分子生物学会
  • 発表場所: 東京大学農学部キャンパス
  • 年月日: 2015-08-10 – 2015-08-12
• [学会発表] 植物のCO2適応に関わる short open reading frame の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山口剛史、山本あゆ、花田耕介、射場厚、楠見健介
  • 学会等名: 第33回日本植物細胞分子生物学会
  • 発表場所: 東京大学農学部キャンパス
  • 年月日: 2015-08-10 – 2015-08-12
• [学会発表] CO2 activation of the guard cell S-type anion channel is impaired in an Arabidopsis mutant with non-chlorophyllous stomata (2015)
  • 著者名/発表者名: Juntaro Negi, Kensuke Kusumi, Shintaro Munemasa, Mayumi Fujita, Julian Schroeder, Koh Iba
  • 学会等名: 26th International Conference on Arabidopsis Research
  • 発表場所: Palais de Congres
  • 年月日: 2015-07-05 – 2015-07-09
  • 国際学会
• [学会発表] Transmembrane region of the Arabidopsis guard cell SLAC1 anion channel involved in stomatal CO2 response (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshiko Yamamoto, Juntaro Negi, Cun Wang, Julian Schroeder, Koh Iba
  • 学会等名: 26th International Conference on Arabidopsis Research
  • 発表場所: Palais de Congres
  • 年月日: 2015-07-05 – 2015-07-09
  • 国際学会
• [学会発表] Isolation and characterization of the suppressor mutants of ht1-2 in Arabidopsis (2015)
  • 著者名/発表者名: SAITO Sakiko , NEGI Juntaro , MONDA Keina , KOJIMA Mikiko , SAKAKIBARA Hitoshi , IBA Koh
  • 学会等名: 26th International Conference on Arabidopsis Research
  • 発表場所: Palais de Congres
  • 年月日: 2015-07-05 – 2015-07-09
  • 国際学会
• [学会発表] 気孔機能化に関わるSCAP1遺伝子のプロモーター解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 森脇 宏介, 佐竹 秀元, 祢冝 淳太郎, 柳澤 修一, 射場 厚
  • 学会等名: 第56回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京農業大学世田谷キャンパス
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] SLAC1のチャネル機能を改変したイネ変異株の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 橋村綾菜、射場厚、楠見健介
  • 学会等名: 第56回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京農業大学世田谷キャンパス
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] Modulation and maintenance of chloroplast genetic system during early leaf development and at low temperatures in rice. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kensuke Kusumi, Koh Iba
  • 学会等名: Japanese-Finnish Seminar 2014 "Design of Superior Machinery of Light Energy Conversion in Photosynthetic Organisms”
  • 発表場所: 札幌市
  • 年月日: 2014-10-12
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 気孔複合体における膜交通制御因子PATROL1の動態解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 桧垣匠、橋本(杉本) 美海、秋田佳恵、射場 厚、馳澤盛一郎
  • 学会等名: 日本植物学会第78回大会
  • 発表場所: 明治大学
  • 年月日: 2014-09-12 – 2014-09-14
• [学会発表] 気孔閉鎖を司る陰イオンチャネルSLAC1のCO2シグナル受容部位はABAシグナル受容部位とは異なる (2014)
  • 著者名/発表者名: 山本禎子、祢冝淳太郎、Wang Cun 、Schroeder Julian、磯貝泰弘、射場 厚
  • 学会等名: 日本植物学会第78回大会
  • 発表場所: 明治大学
  • 年月日: 2014-09-12 – 2014-09-14
• [学会発表] 新規CO2非感受性変異体cdi4の解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 岡部誠、祢冝淳太郎、中野利彬、田畑亮、山口勝司、重信秀治、山田昌史、長谷部光泰、澤進一郎、射場厚
  • 学会等名: 日本植物学会第78回大会
  • 発表場所: 明治大学
  • 年月日: 2014-09-12 – 2014-09-14
• [学会発表] Environmental Responses of An Arabidopsis Ecotype, Me-0, with Giant Stomata (2014)
  • 著者名/発表者名: Keina Monda , Juntaro Negi , Genki Ishigaki , Hiromitsu Araki , Sho Takahashi , Mimi Hashimoto-Sugimoto , Satoru Kuhara , Ryo Akashi , Nobuharu Goto , Koh Iba
  • 学会等名: The 25th International Conference on Arabidopsis Research
  • 発表場所: University of British Columbia
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-01
  • 国際学会
• [学会発表] Diversity of Stomatal Responses to Different Environmental Conditions in Arabidopsis thaliana Ecotypes (2014)
  • 著者名/発表者名: Sho Takahashi, Keina Monda, Juntaro Negi, Fumitaka Konishi, Shinobu Ishikawa, Mimi Hashimoto- Sugimoto, Nobuharu Goto, Koh Iba
  • 学会等名: The 25th International Conference on Arabidopsis Research
  • 発表場所: University of British Columbia
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-01
  • 国際学会