カスパリー線形成機構の解明とアポプラスト輸送の理解

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26712008
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 神谷 岳洋 東京大学, 農学生命科学研究科, 准教授 (40579439)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: アポプラスト / カスパリー線 / スベリン

研究実績の概要

１．新規カスパリー線変異株についての解析を進めた。この変異株では、カスパリー線の形成異常とスベリンの過剰蓄積に加えて、カスパリー線形成に必要なCASP1の局在に異常を有する。遺伝子マッピングと次世代シークエンスを用いることにより、原因遺伝子を同定した。原因遺伝子は未知のタンパク質をコードし、RFPとの融合タンパク質を用いることにより、アポプラスト空間に局在することを明らかにした。また、この変異株は他のカスパリー線変異株と同様に地上部のイオノームのパターンに異常がある。変異株においてスベリン分解酵素を内皮細胞で特異的に発現させたところ、地上部のイオノームパターンが野生型株に近づいたことから、スベリンの過剰蓄積がイオノームの変化をもたらしていることを明らかにした。
また、この変異株を解析する過程で、カスパリー線が寸断される側根発生部位においてスベリンがアポプラスト障壁として機能することを見出した。以上のことをまとめて、現在論文投稿中である。
２．MYB36により制御される遺伝子群のうち、T-DNA破壊株が入手できない５つの遺伝子についてCRISPR-Cas系統を作成している。次年度は、この系統を用いて、カスパリー線の形成パターンとGFPの局在を観察することにより、各々の遺伝子の機能を明らかにする予定である。
３．イネのCASP2遺伝子にTos17挿入された系統が地上部のイオノームパターンに異常を有することを見出した。シロイヌナズナの例とは異なり、明らかなカスパリー線異常やスベリンの過剰蓄積は今のところ観察されていない。現在、CRISPR-Cas系統を作成しており、CASP2がイオノームの変化をもたらしている遺伝子であることを確認する予定である。また、CASP2の遺伝子機能を明らかにするために、より詳細に根の観察、特にアポプラスト障壁の機能を観察する予定である。

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

新規のカスパリー線形成に関与する遺伝子を同定した。この遺伝子は、カスパリー線形成のマスターレギュレーターであるMYB36の制御下には無い遺伝子であり、カスパリー線形成機構の新たな一面を明らかにする重要な遺伝子であると考えている。また、側根発生部位においてスベリンがカスパリー線の障壁としての機能を補完することを見出したことは、大きな成果である。

今後の研究の推進方策

当初の計画と大きな変更はない。今年度同定した遺伝子の機能解析を進めていく。また、シロイヌナズナとは根の構造が異なるイネを用いて、カスパリー線の生理機能を明らかにしていく。

次年度使用額が生じた理由

人件費を見込んでいたが、雇用していた博士研究員が予定よりも早く次のポジションがきまり、雇用する必要が無くなったため。

次年度使用額の使用計画

消耗品として利用する。

研究成果

• [国際共同研究] ローザンヌ大学(スイス)
  • 国名: スイス
  • 外国機関名: ローザンヌ大学
• [国際共同研究] アバディーン大学(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: アバディーン大学
• [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: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1093/pcp/pcv196
  • 査読あり
• [雑誌論文] Large-scale profiling of brown rice ionome in an EMS-mutagenized hitomebore population and identification of a high- and low-cadmium lines. (2016)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, N., Nishida, S., Kamiya, T., Fujiwara, T.
  • 雑誌名: Plant Soil 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1007/s11104-016-2812-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Differential role 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., Kamiya, T., Fujiwara, T.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 56 ページ: 1205-1214
  • DOI: 10.1093/pcp/pcv047
  • 査読あり
• [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., Kamiya, T., Yumoto, H., Sotta, N., Yamaguchi, K., Shigenobu, S., Matsubayashi, Y., Fujiwara, T.
  • 雑誌名: J. Exp. Bot. 巻: 66 ページ: 3657-3667
  • DOI: 10.1093/jxb/erv105
  • 査読あり
• [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., Salt, DE.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 巻: 112 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., Fujiwara, T.
  • 雑誌名: Soil Sci. Plant Nutr. 巻: 61 ページ: 951-956
  • DOI: 10.1080/00380768.2015.1086277
  • 査読あり
• [学会発表] 第57回植物生理学会 (2016)
  • 著者名/発表者名: Baohai Li, Takehiro Kamiya, Lothar Kalmbach, Mutsumi Yamagami, Katsushi Yamaguchi, Shuji Shigenobu, Shinichiro Sawa, John M. C. Danku, David E. Salt, Niko Geldner, Toru Fujiwara
  • 学会等名: The analysis of low Ca sensitive mutant reveals coordinated formation of apoplastic barriers by Casparian strip and suberin.
  • 発表場所: 岩手大学（岩手県盛岡市）
  • 年月日: 2016-03-18 – 2016-03-20
• [学会発表] カスパリー線形成を制御する転写因子の同定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 神谷岳洋、 John M. Danku、Monica Borghi、Sadaf Naseer、Niko Geldner、藤原徹、David E. Salt
  • 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（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、 John M. Danku、Monica Borghi、Sadaf Naseer、Niko Geldner、藤原徹、David E. Salt
  • 学会等名: 日本植物学会第79回大会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟県新潟市）
  • 年月日: 2015-09-06 – 2015-09-08
  • 招待講演
• [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
  • 招待講演
• [学会発表] カスパリー線形成のマスターレギュレーターの同定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 神谷岳洋、 John M. Danku、Monica Borghi、Sadaf Naseer、Niko Geldner、藤原徹、David E. Salt
  • 学会等名: 第10回トランスポーター研究会年会
  • 発表場所: 慶応義塾大学（東京都港区）
  • 年月日: 2015-06-20 – 2015-06-21
• [備考] 根のバリアを形成するスイッチ
  • URL: http://www.u-tokyo.ac.jp/ja/utokyo-research/research-news/switch-for-building-barrier-in-roots.html
• [備考] 植物の栄養吸収の要となる構造形成を制御するスイッチを発見
  • URL: http://www.a.u-tokyo.ac.jp/topics/2015/20150701-2.html