膜輸送システムと金属結合分子からみた植物細胞の自律的イオン濃度調節機構の解明

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26252011
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 前島 正義 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (80181577)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: Membrane / Metals / Membrane transporter / Ion concentration

研究実績の概要

植物細胞は、必須元素のイオンを過不足なく濃度調節しつつ、生命活動に利用している。この点を、液胞が担う金属イオンの集積機能とそれを支えるプロトンポンに焦点を当て、分子素子とシステム全体としてのイオン調節機構の両面を解明することを大きな目的とした。
最終年度として、液胞への金属集積を担う二次能動輸送体の機能を支えるH+-ピロホスファターゼ（H+-PPase）に焦点を当てた。さらに、金属イオンホメオスタシスに関わると推定される新規金属結合タンパク質（PCaP: Plasma-membrane associated Ca-binding protein）について、その遺伝子の特性、金属イオン応答との関連に焦点を当てた。そお結果、以下の成果を得た。
（１）「脱共役型」変異H+-PPaseを、H+-PPase遺伝子欠失株に導入すると、欠失株がもつ表現型が回復した。すなわち正常な生育には、H+-PPaseの基質加水分解機能のみが重要であるという知見を得た。その一方で、H+-PPase過剰発現株は栄養成長後期において成長促進効果を示した。これらの成果から、金属ストレス等に対する貢献も想定され、PPi加水分解のみでなく、プロトンポンプ機能が顕著に表出する生理現象を研究する意義が高いと考えている。
（２）膜局在型カルシウム結合タンパク質PCaP1について解析した。(a) PCaP1はCaのみでなくMgとの結合特性を示し、結合により構造を変化させる。(b) PCaP1タンパク質は全ての細胞の細胞膜に安定的に局在している。(c) 遺伝子欠失株は過剰銅イオン濃度条件では感受性が高くなり、PCaP1が銅イオンホメオスタシスに寄与している。(d) 遺伝子欠失株では、暗条件下での気孔を閉じる機能に障害が生ずる。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Compensated cell enlargement in fugu5 is specifically triggered by lowered sucrose production from seed storage lipids. (2017)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, K., Morimoto, R., Ishida, M., Asaoka, M., Maeshima, M., Tsukaya, H., and Ferjani, A.
  • 雑誌名: Plant & Cell Physiology 巻: 58 ページ: 668-678
  • DOI: 10.1093/pcp/pcx021
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] SRPP, a cell-wall protein involved in development and protection of seeds and root hairs in Arabidopsis thaliana. (2017)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, N., Uno, H., Okuda, S., Gunji, S., Ferjani, A., Aoyama, T., and Maeshima, M.
  • 雑誌名: Plant & Cell Physiology 巻: 58 ページ: 760-769
  • DOI: 10.1093/pcp/pcx021
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A novel-type phosphatidylinositol phosphate-interactive, Ca-binding protein PCaP1 in Arabidopsis thaliana: stable association with plasma membrane and partial involvement in stomata closure. (2016)
  • 著者名/発表者名: Nagata, C., Miwa, C., Tanaka, N., Kato, M., Suito, M., Tsuchihira, A., Sato, Y., Segami, S. and Maeshima, M.
  • 雑誌名: Journal of Plant Research 巻: 3 ページ: 539-550
  • DOI: 10.1007/s10265-016-0787-2
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Contribution of PPi-hydrolyzing function of vacuolar H+-pyrophosphatase in vegetative growth of Arabidopsis: Evidenced by expression of uncoupling mutated enzymes. (2016)
  • 著者名/発表者名: Asaoka, M., Segami, S., Ferjani, A., and Maeshima, M.
  • 雑誌名: Frontiers of Plant Science 巻: 3 ページ: no. 415
  • DOI: 10.3389/fpls.2016.00415
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Lack of H+-pyrophosphatase causes developmental damage in Arabidopsis leaves in ammonia-free culture medium. (2016)
  • 著者名/発表者名: Fukuda, M., Segami, S., Tomoyama, T., Nakanishi, Y., Gunji, S., Ferjani, A., and Maeshima, M.
  • 雑誌名: Frontiers of Plant Science 巻: 6 ページ: no. 819
  • DOI: 10.3389/fpls.2016.00819
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Multiple facets of H+-pyrophosphatase and related enzymes. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ferjani, A., and Maeshima, M.
  • 雑誌名: Frontiers of Plant Science 巻: 8 ページ: no. 1265
  • DOI: 10.3389/fpls.2016.01265
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Multiple facets of vacuolar H+-pyrophosphatase and vacuolar functions: visible and invisible parts. (2017)
  • 著者名/発表者名: Masayoshi MAESHIMA
  • 学会等名: Annual Meeting of Japanese Society of Plant Physiologists. (Symposium)
  • 発表場所: 鹿児島大学
  • 年月日: 2017-03-16 – 2017-03-18
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 植物の成長最適化に関わる代謝産物ピロリン酸濃度の調節. (2016)
  • 著者名/発表者名: 前島正義、瀬上紹嗣、浅岡真理子、福田茉由、郡司 玄、Ali Ferjani
  • 学会等名: 日本植物学会大会（シンポジウム）
  • 発表場所: Okinawa
  • 年月日: 2016-09-16 – 2016-09-19
  • 招待講演
• [学会発表] Dual functions of vacuolar H+-pyrophosphatase: vacuolar acidification and PPi homeostasis. (2016)
  • 著者名/発表者名: Maeshima M, Segami S, Fukuda M, Asaoka M, Ferjani A
  • 学会等名: 17th International Workshop on Plant Membrane Biology
  • 発表場所: Annapolis, Maryland, USA
  • 年月日: 2016-06-05 – 2016-06-10
  • 国際学会 / 招待講演