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2015 年度 実績報告書

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

研究課題

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

サーマルイメージングによって気孔応答をモニターする際の問題として、従来の環境制御チャンバーでは気孔の湿度応答とCO2応答を独立させて測定する環境を作り出すことが困難であった。それを可能にするためには、気孔の湿度応答がサイレントな高湿度環境下で体表面温度測定を行う必要がある。制御項目として温度と相対湿度ではなく、温度と絶対湿度を用いた環境試験機を用いることによって、安定した湿度環境を維持し、乾燥シグナル (ABA) 伝達系とCO2シグナル伝達系が相互干渉しないような環境を設定することができるようになった。このような高精度の環境試験機を用いることによって、純粋にCO2シグナル感知・伝達系に限定された変異株を得るための網羅的スクリーニングを行った。
気孔開口を駆動するプロトンポンプAHA1の細胞膜への局在化を行う膜交通因子PATROL1の発見により、気孔開閉運動においてAHA1の膜交通を介した新たな制御メカニズムの存在が示唆されている (Hashimoto-Sugimoto et al. 2013)。エキソサイトーシス/エンドサイトーシスに関わる因子、セカンドメッセンジャーなどに対する特異的阻害剤を作用させたときのCO2濃度または光強度変化に伴う気孔応答性を調べた結果、特定のホスホイノシタイド分子種の量的変動がPATROL1機能に関わっていることが分かった。このホスホイノシタイド分子種の合成阻害剤は気孔開閉応答を阻害するが、阻害剤耐性シロイヌナズナ変異株を単離し、その原因遺伝子の同定と機能解析を進めている。

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

2基の同一仕様の精密環境制御人工気象機によって対照反復実験が可能となっている。サーモグラフィ解析が困難であった高湿度での気孔応答の測定が可能となり、ABAシグナルを人為的でなく遮断した環境下でのスクリーニングに威力を発揮している。すでにこれまでに単離された気孔応答変異株とは異なるカテゴリーの表現型を持つ変異株の単離に成功している。

今後の研究の推進方策

・孔辺細胞または副細胞、それぞれの細胞でのみPATROL1を発現させた場合のPATROL1やAHA1の挙動や気孔開閉運動への影響について調べる。2つの細胞間でエキソサイトーシス/エンドサイトーシスを引き起こす情報伝達物質、また、そのシグナル伝達経路について調べ、気孔開閉制御における役割について考察する。
・シロイヌナズナSLAC1のCO2、ABAシグナルの受容に関わるリン酸化部位の情報を用いて、イネSLAC1における対応リン酸化部位を推定する。それらのリン酸化部位のアミノ酸を置換した改変型SLAC1をSLAC1機能欠失株(slac1変異株)に導入し、ドミナントネガティブ形質転換イネを作成する。高精度環境シミュレーターを用いた準フィールド環境におけるこの形質転換イネの環境適応力を評価する。
・SCAP1の発現は気孔形成の終盤に限られている。SCAP1を異所的に発現させると植物は白化することからも、SCAP1の発現は時空間的に制御されていることが予想される。SCAP1の発現を制御している上流因子を同定することで、気孔成熟(機能化)の分子的なルートマップを作成する。

  • 研究成果

    (25件)

すべて 2017 2016 2015

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (23件) (うち国際学会 2件、 招待講演 8件)

  • [雑誌論文] Discovery of Nitrate-CPK-NLP signalling in central nutrient-growth networks.2017

    • 著者名/発表者名
      Liu, K., Niu, Y., Konishi, M., Wu, Y., Du, H., Sun Chung, H., Li, L., Boudsocq, M., McCormack, M., Maekawa, S., Ishida, T., Zhang, C., Shokat, K., *Yanagisawa, S., *Sheen, J.
    • 雑誌名

      Nature

      巻: 18;545 ページ: 311-316

    • DOI

      10.1038/nature22077

  • [雑誌論文] Dominant and recessive mutations in the Raf-like kinase HT1 gene completely disrupt stomatal responses to CO2 in Arabidopsis.2016

    • 著者名/発表者名
      Hashimoto-Sugimoto, M., Negi, J., Monda, K., Higaki, T., Isogai, Y., Nakano, T., Hasezawa, S., *Iba, K.
    • 雑誌名

      J.Exp. Bot.

      巻: 67 ページ: 3251-3261

    • DOI

      10.1093/jxb/erw134

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 地球温暖化・高CO2化適応植物の開発に向けた基盤的研究2017

    • 著者名/発表者名
      射場厚
    • 学会等名
      日本農業気象学会2017年全国大会オーガナイズドセッション
    • 発表場所
      北里大学十和田キャンパス
    • 年月日
      2017-03-27
    • 招待講演
  • [学会発表] 気孔開度の上昇は光合成誘導反応を短縮する2017

    • 著者名/発表者名
      木村遼希,橋本(杉本)美海,射場厚,寺島一郎,矢守航
    • 学会等名
      第58回日本植物生理学会(鹿児島)大会
    • 発表場所
      鹿児島大学郡元キャンパス
    • 年月日
      2017-03-18
  • [学会発表] シロイヌナズナエコタイプ間での CO2/N 応答の比較解析2017

    • 著者名/発表者名
      馬渕敦士,門田慧奈,高橋將,櫻庭康仁,祢冝淳太郎,柳澤修一,射場厚
    • 学会等名
      第58回日本植物生理学会(鹿児島)大会
    • 発表場所
      鹿児島大学郡元キャンパス
    • 年月日
      2017-03-17
  • [学会発表] PI3キナーゼ , PI4キナーゼ阻害剤はそれぞれ異なる環境シグナルに対する気孔応答を阻害する2017

    • 著者名/発表者名
      高橋將,門田慧奈,桧垣匠,橋本(杉本)美海,祢冝淳太郎,馳澤盛一郎,射場厚
    • 学会等名
      第58回日本植物生理学会(鹿児島)大会
    • 発表場所
      鹿児島大学郡元キャンパス
    • 年月日
      2017-03-17
  • [学会発表] CO2シグナル伝達因子HT1の下流因子探索を目的とする変異体の単離と表現型解析2017

    • 著者名/発表者名
      齋藤早希子,祢冝淳太郎,門田慧奈,小嶋美紀子,竹林裕美子,榊原均,射場厚
    • 学会等名
      第58回日本植物生理学会(鹿児島)大会
    • 発表場所
      鹿児島大学郡元キャンパス
    • 年月日
      2017-03-17
  • [学会発表] 改変型陰イオンチャネルSLAC1を導入したイネ形質転換体の気孔制御2017

    • 著者名/発表者名
      田尻愛絵,祢冝淳太郎,射場厚,楠見健介
    • 学会等名
      第58回日本植物生理学会(鹿児島)大会
    • 発表場所
      鹿児島大学郡元キャンパス
    • 年月日
      2017-03-17
  • [学会発表] 炭素栄養シグナルとしてのCO2による気孔制御2017

    • 著者名/発表者名
      祢冝淳太郎
    • 学会等名
      第58回日本植物生理学会(鹿児島)大会シンポジウム
    • 発表場所
      鹿児島大学郡元キャンパス
    • 年月日
      2017-03-16
    • 招待講演
  • [学会発表] ABAと独立した気孔の環境シグナル伝達経路に異常をもつシロイヌナズナ変異体の単離2017

    • 著者名/発表者名
      東森崚馬,門田慧奈,高橋將,祢冝淳太郎,馬渕敦士,相川美里,小嶋美紀子,竹林裕美子,榊原均, 射場厚
    • 学会等名
      第58回日本植物生理学会(鹿児島)大会
    • 発表場所
      鹿児島大学郡元キャンパス
    • 年月日
      2017-03-16
  • [学会発表] 温暖化・高CO2化適応植物に関する基盤研究2016

    • 著者名/発表者名
      射場厚
    • 学会等名
      新学術領域「植物細胞壁機能」公開セミナー
    • 発表場所
      東北大学青葉山キャンパス
    • 年月日
      2016-11-07
    • 招待講演
  • [学会発表] 温暖化・高CO2化適応植物に関する基盤的研究2016

    • 著者名/発表者名
      射場厚
    • 学会等名
      第21回東京大学生物生産工学研究センターシンポジウム
    • 発表場所
      東京大学農学部キャンパス
    • 年月日
      2016-10-27
    • 招待講演
  • [学会発表] 植物の成長最適化を担う気孔装置の機能2016

    • 著者名/発表者名
      射場厚
    • 学会等名
      日本植物学会第80回大会シンポジウム「植物成長を最適化する行動選択」
    • 発表場所
      沖縄コンベンションセンター
    • 年月日
      2016-09-17
    • 招待講演
  • [学会発表] 硝酸シグナルと植物成長2016

    • 著者名/発表者名
      柳澤修一
    • 学会等名
      日本植物学会第80回大会シンポジウム「植物成長を最適化する行動選択」
    • 発表場所
      沖縄コンベンションセンター
    • 年月日
      2016-09-17
    • 招待講演
  • [学会発表] タバコ培養細胞 BY-2 を用いた膜交通因子 PATROL1 の局在解析2016

    • 著者名/発表者名
      佐久間健,桧垣匠,橋本(杉本)美海,射場厚,馳澤盛一郎
    • 学会等名
      日本植物学会第80回大会
    • 発表場所
      沖縄コンベンションセンター
    • 年月日
      2016-09-16
  • [学会発表] PI4Kインヒビター(phenylarsine oxide)による気孔開閉阻害に対して低感受性を示すシロイヌナズナ変異体の単離2016

    • 著者名/発表者名
      高橋將,門田慧奈,桧垣匠,馳澤盛一郎,橋本(杉本)美海,祢冝淳太郎,射場厚
    • 学会等名
      日本植物学会第80回大会
    • 発表場所
      沖縄コンベンションセンター
    • 年月日
      2016-09-16
  • [学会発表] 植物の炭素・窒素応答に関わるsORFの解析2016

    • 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80回大会
    • 発表場所
      沖縄コンベンションセンター
    • 年月日
      2016-09-16
  • [学会発表] 気孔機能化因子SCAP1の気孔特異的な発現 に必須なシス因子の探索2016

    • 著者名/発表者名
      森脇宏介,佐竹秀元,祢冝淳太郎,小西美稲子,柳澤修一,射場厚
    • 学会等名
      第34回日本植物細胞分子生物学会(上田)大会
    • 発表場所
      信州大学繊維学部
    • 年月日
      2016-09-03
  • [学会発表] 単一の環境シグナルに対する気孔応答に異常をもつシロイヌナズナ変異体の単離2016

    • 著者名/発表者名
      門田慧奈,高橋將,祢冝淳太郎,馬渕敦士,相川美里,小嶋美紀子,竹林裕美子,榊原均,射場厚
    • 学会等名
      第34回日本植物細胞分子生物学会(上田)大会
    • 発表場所
      信州大学繊維学部
    • 年月日
      2016-09-01
  • [学会発表] 孔辺細胞におけるフォスファチジルエタノールアミン合成酵素 PECT1の役割2016

    • 著者名/発表者名
      袮冝淳太郎,小野勇兵,岡部誠,星野奈摘,西田生郎,射場厚
    • 学会等名
      第34回日本植物細胞分子生物学会(上田)大会
    • 発表場所
      信州大学繊維学部
    • 年月日
      2016-09-01
  • [学会発表] A mutation in PECT1, the rate-limiting enzyme in phosphatidylethanolamine biosynthesis, affects stomatal responses in Arabidopsis.2016

    • 著者名/発表者名
      Negi, J., Okabe, M., Ono, Y., Hoshino, N., Nishida, I., Iba, K.
    • 学会等名
      27th International Conference on Arabidopsis Research
    • 発表場所
      Hwabaek International Convention Center, Gyeongju, Korea
    • 年月日
      2016-07-01
    • 国際学会
  • [学会発表] A pharmacological study on stomatal response to CO2, dark, and ABA using membrane traffic inhibitors.2016

    • 著者名/発表者名
      Takahashi, S., Monda, K., Higaki, T., Hasezawa, S., Hashimoto-Sugimoto, M., Negi, J., Iba, K.
    • 学会等名
      27th International Conference on Arabidopsis Research
    • 発表場所
      Hwabaek International Convention Center, Gyeongju, Korea
    • 年月日
      2016-07-01
    • 国際学会
  • [学会発表] 気孔開閉における膜脂質合成酵素PECT1の機能解析2016

    • 著者名/発表者名
      小野勇兵,岡部誠,星野奈摘,西田生郎,射場厚,祢冝淳太郎
    • 学会等名
      三学会合同鹿児島大会2016
    • 発表場所
      鹿児島大学
    • 年月日
      2016-05-29
  • [学会発表] 気孔のCO2応答2016

    • 著者名/発表者名
      射場厚
    • 学会等名
      第8回植物ストレス科学研究シンポジウム
    • 発表場所
      岡山大学資源植物科学研究所
    • 年月日
      2016-03-08
    • 招待講演
  • [学会発表] 気孔開閉の環境応答の分子機構2015

    • 著者名/発表者名
      射場厚
    • 学会等名
      第29回気象環境研究会
    • 発表場所
      つくば国際会議場
    • 年月日
      2015-11-20
    • 招待講演

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公開日: 2018-01-16  

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