2016 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Integrative system of autonomous environmental signal recognition and memorization for plant plasticity |
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| Project/Area Number |
15H05956
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
木下 俊則 名古屋大学, 理学研究科(WPI), 教授 (50271101)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
多田 安臣 名古屋大学, 遺伝子実験施設, 教授 (40552740)
鈴木 孝征 中部大学, 応用生物学部, 講師 (50535797)
中道 範人 名古屋大学, 理学研究科(WPI), 特任准教授 (90513440)
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| Project Period (FY) |
2015-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 植物 / シグナル伝達 / 気孔孔辺細胞 / 概日時計 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
局所応答に関する研究としては、青色光に依存した気孔開口のキーエンザイムである気孔孔辺細胞の細胞膜プロトンポンプのリン酸化を介した活性化や、気孔開度制御に関わる新たな因子の同定と機能解析を目的として、生理・生化学的解析、遺伝学的スクリーニングやケミカルスクリーニングを進めた。ケミカルスクリーニングにより、特異的に青色光シグナル伝達を阻害する化合物を同定し、その新規の標的因子BHPを発見し、Hayashi et al. (2017) Scientific Reportsとして発表し、新聞等のメディアにも取り上げられた。さらに、孔辺細胞の細胞膜プロトンポンプの脱リン酸化に関与するホスファターゼの分子種を同定した。
環境記憶に関する研究としては、気孔開口への日長条件の影響を調べ、シロイヌナズナの花成誘導を引き起こす長日条件において、短日条件よりも有意な気孔開口促進や気孔コンダクタンスの上昇が見られることを見出した。さらに、網羅的な遺伝子発現解析を行い、長日条件に応じて発現の誘導される遺伝子周辺のヒストン修飾を調べた結果、ヒストンメチル化が重要な役割を果たしていることを明らかにした。この結果は、気孔開度制御においても環境記憶が重要な役割を果たしていることを示唆する初めての結果と考えられる。
また、気孔開度制御への長距離シグナル伝達の関与として、土壌の栄養状態の気孔開度への影響についても着手し、窒素やリンが欠乏すると気孔開口が抑制され、さらに網羅的遺伝子発現解析の結果、リン欠乏に応答して、特異的に発現量の上昇する分泌型ペプチドを見出し、その遺伝子の機能解析に着手した。
これらの研究を通じて、植物の自律分散型環境応答統御システムの全容解明を目指していきたい。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
・気孔開度制御に関わる新奇因子の同定と機能解析
青色光に依存した気孔開口のキーエンザイムである気孔孔辺細胞の細胞膜プロトンポンプのリン酸化を介した活性化や、気孔開度制御に関わる新たな因子の同定と機能解析を目的として、生理・生化学的解析、遺伝学的スクリーニングやケミカルスクリーニングを行った。その結果、その新規の標的因子BHPを発見し、Hayashi et al. (2017) Scientific Reportsとして発表し、新聞等のメディアにも多数取り上げられた。
・環境刺激に応答した植物の環境記憶と生理応答の解明
環境記憶と気孔開度制御との関連性について解析を進め、シロイヌナズナの花成誘導を引き起こす長日条件において、短日条件よりも有意な気孔開口促進や気孔コンダクタンスの上昇が見られることを見出した。さらに、網羅的な遺伝子発現解析を行い、長日条件に応じて発現の誘導される遺伝子周辺のヒストン修飾を調べた結果、ヒストンメチル化が重要な役割を果たしていることを明らかにした。この結果は、気孔開度制御においても環境記憶が重要な役割を果たしていることを示唆する初めての結果と考えられる。
・環境刺激に応答した長距離シグナルを介した気孔開度制御
長距離シグナルを介した気孔開度制御については、乾燥ストレス時のアブシシン酸以外の環境刺激については解析が行われていない。そこで、気孔開度制御への関与が示唆されている土壌の栄養状態（窒素やリン）や乾燥・塩ストレスがどのように気孔開度へ影響を与えるのか、松林班、福田班、白須班と連携し、長距離シグナルとの関連性について解析した。その結果、土壌の窒素やリンが欠乏すると気孔開口が抑制され、さらに網羅的遺伝子発現解析の結果、リン欠乏に応答して、特異的に発現量の上昇する分泌型ペプチドを見出し、その遺伝子の機能解析に着手した。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２８年度の研究により、気孔開度制御や花成制御における局所応答の分子機構のみならず、本領域の大きな目標である環境記憶システムや長距離シグナル伝達の関与を示す結果が得られてきた。今後は、研究支援センターの活用、さらに新たに加わる公募班を含め領域内連携研究をより積極的に進めていきたい。また、これらの研究で得られた知見に基づき、気孔開度を人為的に制御した植物体を作出し、様々な環境条件下での光合成、生産量やストレス耐性等の試験を行い、農学や実用植物を利用した低炭素社会の発展に繋がる基盤を構築する。
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Research Products
(43 results)
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[Journal Article] Brassinosteroid involvement in Arabidopsis thaliana stomatal opening.2017
Author(s)
Inoue S, Iwashita N, Takahashi Y, Gotoh E, Okuma E, Hayashi M, Tabata R, Takemiya A, Murata Y, Doi M, Kinoshita T, Shimazaki K.
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Journal Title
Plant & Cell Physiology
Volume: 58
Pages: 1048-1058
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Molecular actions of two synthetic brassinosteroids, iso-carbaBL and 6-deoxoBL, which cause altered physiological activities between Arabidopsis and rice.2017
Author(s)
Nakamura A, Tochio N, Fujioka S, Ito S, Kigawa T, Shimada Y, Matsuoka M, Yoshida S, Kinoshita T, Asami T, Seto H, Nakano T.
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Journal Title
PLoS ONE
Volume: 12
Pages: e0174015
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Loss of function at RAE2, a novel EPFL, is required for awnlessness in cultivated Asian rice.2016
Author(s)
Bessho-Uehara K, Wang DR, Furuta T, Minami A, Nagai K, Gamuyao R, Asano A, Angeles-Shim RB, Shimizu Y, Ayano M, Komeda N, Doi K, Miura K, Toda Y, Kinoshita T, Okuda S, Higashiyama T, Nomoto M, Tada Y, Shinohara H, Matsubayashi Y, Greenberg A, Wu J, Yasui H, Yoshimura A, Mori H, McCouch SR, Ashikari M.
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Journal Title
Proc. Natl. Acad. Sci. USA
Volume: 113(32)
Pages: 8969-8974
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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