2017 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 |
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。主な成果として、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、気孔開口を阻害する新規化合物SCL1-SCL9を同定し、これら化合物の作用機作、さらに、SCL1は植物に散布することにより、乾燥耐性を付与することを明らかにし、新聞やNHKニュースなどで取り上げられた（Toh et al. 2018 Plant Cell Physiology）。
また、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、現在、論文投稿を行なっている。
さらに、地上部の光合成活性が、長距離シグナル伝達を介して、根における土壌からの養分吸収にも影響を与えていることを明らかにし、その分子機構の解明を進めている。
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
2: Research has progressed on the whole 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い、主な成果として、その新規の気孔開口に関わる因子BHPや気孔開口を抑制する新規化合物SCLsを同定し、論文として発表し、新聞やNHKニュース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、現在、論文投稿をおこなっている。
・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。また、さらに、地上部の光合成活性が、長距離シグナル伝達を介して、根における土壌からの養分吸収にも影響を与えていることを明らかにし、その分子機構の解明を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２９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する技術を確立し、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
(33 results)
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[Journal Article] Identification and characterization of compounds that affect stomatal movements.2018
Author(s)
Toh S, Inoue S, Toda Y, Yuki T, Suzuki K, Hamamoto S, Fukatsu K, Aoki S, Uchida M, Asai E, Uozumi N, Sato A, Kinoshita T.
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Journal Title
Plant & Cell Physiology
Volume: 59
Pages: 1568～1580
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Chemical hijacking of auxin signaling with an engineered auxin-TIR1 pair.2018
Author(s)
Uchida N, Takahashi K, Iwasaki R, Yamada R, Yoshimura M, Endo TA, Kimura S, Zhang H, Nomoto M, Tada Y, Kinoshita T, Itami K, Hagihara S, Torii KU
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Journal Title
Nature Chemical Biology
Volume: 14
Pages: 299-305
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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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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