環境刺激による気孔開度制御機構の解析

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Integrative system of autonomous environmental signal recognition and memorization for plant plasticity
• Project/Area Number: 15H05956
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 木下 俊則 名古屋大学, 理学研究科(WPI), 教授 (50271101)
• 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, 准教授 (50535797) ; 中道 範人 名古屋大学, 理学研究科(WPI), 特任准教授 (90513440)
• Project Period (FY): 2015-06-29 – 2020-03-31
• Keywords: 植物 / 気孔 / 環境応答

Outline of Annual Research Achievements

植物の環境応答のモデル細胞である気孔孔辺細胞を主な材料に、未解明の部分の多い植物の環境応答のシグナル伝達に関わる新奇因子を同定し、作用機作を明らかにする。さらに、様々な環境刺激に応答した気孔孔辺細胞や茎長分裂組織におけるクロマチン修飾による環境記憶システムの解析を進め、気孔開度制御や花成制御における環境記憶の生理的意義を明らかにする。また、土壌の栄養状態や環境ストレスによる気孔開度制御の長距離シグナル伝達システムの解析を行い、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解明を目指して研究を進めてきた。
その結果、青色光シグナル伝達に関わる新規因子BHPをケミカルジェネティクスにより、細胞膜プロトンポンプの活性制御に関わるPP2C-Dsを生理・生化学的解析により同定した。また、ケミカルスクリーニングにより、９つの気孔開口を抑制する新規化合物と、気孔開口を促進する２つの化合物を発見した。さらに、気孔開度への日長の影響を調べ、日の短い環境で育てた植物よりも、日の長い環境で育てた植物では、光周性因子の働きにより、気孔が大きく開くことが明らかとなった。さらに興味深いことに、日の長い環境から日の短い環境に植物を移動しても、少なくとも１週間は気孔が大きく開く効果が持続することを見出し、植物の光合成や成長に重要な働きをする気孔が、環境情報を細胞レベルで記憶していることを示すものであり、その仕組みの解明に繋がる分子メカニズムが明らかとなった。加えて、土壌の栄養条件と気孔開度の関係を調べ、主要な無機養分が欠乏すると光による気孔開口が抑制され、無機養分の再添加により回復することが明らかとなってきた。これらの結果は、根における栄養欠乏の情報が、地上部の気孔孔辺細胞に伝わり、気孔開度が制御されていることが示唆された。現在、この長距離シグナル伝達についての解析を進めている。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Regulation of stomatal opening and histone modification by photoperiod in Arabidopsis thaliana (2019)
  • Author(s): Aoki Saya、Toh Shigeo、Nakamichi Norihito、Hayashi Yuki、Wang Yin、Suzuki Takamasa、Tsuji Hiroyuki、Kinoshita Toshinori
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 9 Pages: 10054(9pages)
  • DOI: 10.1038/s41598-019-46440-0
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Casein kinase 1 family regulates PRR5 and TOC1 in the Arabidopsis circadian clock (2019)
  • Author(s): Uehara, T. N., Mizutani, Y., Kuwata, K., Hirota, T., Sato, A., Mizoi, J., Takao, S., Matsuo, H., Suzuki, T., Ito, S., Saito, A. N., Nishiwaki-Ohkawa, T., Yamaguchi-Shinozaki, K., Yoshimura, T,. Kay, S. A., Itami, K., Kinoshita, T., Yamaguchi, J., and Nakamichi, N.
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 116 Pages: 11528～11536
  • DOI: 10.1073/pnas.1903357116
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Evolutionary Insight into the Clock-Associated PRR5 Transcriptional Network of Flowering Plants (2019)
  • Author(s): Toda Yosuke、Kudo Toru、Kinoshita Toshinori、Nakamichi Norihito
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 9 Pages: 2983(14pages)
  • DOI: 10.1038/s41598-019-39720-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Pinstatic Acid Promotes Auxin Transport by Inhibiting PIN Internalization (2019)
  • Author(s): Oochi Akihiro、Hajny Jakub、Fukui Kosuke、Nakao Yukio、Gallei Michelle、Quareshy Mussa、Takahashi Koji、Kinoshita Toshinori、Harborough Sigurd Ramans、Kepinski Stefan、Kasahara Hiroyuki、Napier Richard、Friml Ji??、Hayashi Ken-ichiro
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: 180 Pages: 1152～1165
  • DOI: 10.1104/pp.19.00201
• [Journal Article] AtNOT1 Is a Novel Regulator of Gene Expression during Pollen Development (2019)
  • Author(s): Motomura Kazuki、Arae Toshihiro、Araki-Uramoto Haruka、Suzuki Yuya、Takeuchi Hidenori、Suzuki Takamasa、Ichihashi Yasunori、Shibata Arisa、Shirasu Ken、Takeda Atsushi、Higashiyama Tetsuya、Chiba Yukako
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 61 Pages: 712～721
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz235
• [Journal Article] Histone acetylation orchestrates wound-induced transcriptional activation and cellular reprogramming in Arabidopsis (2019)
  • Author(s): Rymen Bart、Kawamura Ayako、Lambolez Alice、Inagaki Soichi、Takebayashi Arika、Iwase Akira、Sakamoto Yuki、Sako Kaori、Favero David S.、Ikeuchi Momoko、Suzuki Takamasa、Seki Motoaki、Kakutani Tetsuji、Roudier Fran?ois、Sugimoto Keiko
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 2 Pages: 404(15pages)
  • DOI: 10.1038/s42003-019-0646-5
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] NF-YB2 and NF-YB3 Have Functionally Diverged and Differentially Induce Drought and Heat Stress-Specific Genes (2019)
  • Author(s): Sato Hikaru、Suzuki Takamasa、Takahashi Fuminori、Shinozaki Kazuo、Yamaguchi-Shinozaki Kazuko
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: 180 Pages: 1677～1690
  • DOI: 10.1104/pp.19.00391
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] LSD1-LIKE1-Mediated H3K4me2 Demethylation Is Required for Homologous Recombination Repair (2019)
  • Author(s): Hirakawa Takeshi、Kuwata Keiko、Gallego Maria E.、White Charles I.、Nomoto Mika、Tada Yasuomi、Matsunaga Sachihiro
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: 181 Pages: 499～509
  • DOI: 10.1104/pp.19.00530
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 気孔開口を抑制する新規小分子の標的同定に向けての取り組み (2020)
  • Author(s): 相原悠介，辛洸徹，藤茂雄，井上心平，佐藤綾人，木下俊則
  • Organizer: 第61回日本植物生理学会年会
• [Presentation] ソラマメ孔辺細胞におけるABA-RESPONSIVE KINASE SUBSTRATE オーソログの同定 (2020)
  • Author(s): 林優紀，高橋洋平，桑田啓子，鈴木孝征，木下俊則
  • Organizer: 第61回日本植物生理学会年会
• [Presentation] PUB-ARM 型E3リガーゼNOPPERABO1 は陸上植物において細胞壁の再構築を介した間隙形成に重要である (2020)
  • Author(s): 水谷未耶，林優紀，Christian Ganser，内橋貴之，石崎公庸，西浜竜一，木下俊則，河内孝之，東山哲也，金岡雅浩
  • Organizer: 第61回日本植物生理学会年会
• [Presentation] シロイヌナズナ葉における光合成依存的な細胞膜H+-ATPase活性化機構の解析 (2020)
  • Author(s): 木下悟，奥村将樹，木下俊則
  • Organizer: 第61回日本植物生理学会年会
• [Presentation] 気孔開口情報伝達経路に作用する新規化合物の機能解析 (2020)
  • Author(s): 辛洸徹，相原悠介，藤茂雄，井上心平，佐藤綾人，木下俊則
  • Organizer: 第61回日本植物生理学会年会
• [Presentation] 孔辺細胞における細胞膜H+-ATPase の活性化に依存したリンゴ酸合成の解析 (2020)
  • Author(s): 深津孝平，林優紀，桑田啓子，鈴木孝征，木下俊則
  • Organizer: 第61回日本植物生理学会年会
• [Presentation] イネ細胞膜H+-ATPase の能動的なSi 取り込みへの関与 (2020)
  • Author(s): 山本沙実人，河合優弥，奥村将樹，楊為雄，三谷奈見季，山地直樹，馬建鋒，木下俊則
  • Organizer: 第61回日本植物生理学会年会
• [Presentation] 光に応答したダイズの葉の運動解析 (2020)
  • Author(s): 久保裕亮，三島梨愛，木下俊則，井上晋一郎
  • Organizer: 第61回日本植物生理学会年会
• [Presentation] 気孔開度調節による植物の成長制御技術の開発 (2020)
  • Author(s): 木下俊則
  • Organizer: 関東種苗生産協議会セミナー
  • Invited
• [Presentation] 気孔開閉の分子機構の解明と人為的な気孔開度制御技術の開発 (2019)
  • Author(s): 木下俊則
  • Organizer: 公益社団法人 新化学発展協会 ライフサイエンス技術部会反応分科会
  • Invited
• [Presentation] Regulation of stomatal movements in response to environmental signals (2019)
  • Author(s): Toshinori Kinoshita
  • Organizer: Frontiers in plant environmental response research ‘local signaling, long-distance communication and memory for developmental plasticity’
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 植物の巧みな環境応答?気孔開度制御による植物の生存・成長戦略? (2019)
  • Author(s): 木下俊則
  • Organizer: 瑞陵総合大学
  • Invited
• [Presentation] 気孔開度制御による植物の光合成活性と生産量の促進 (2019)
  • Author(s): 木下俊則
  • Organizer: BioJapan 2019
• [Presentation] 植物の成長可塑性を支える環境認識と記憶の自律分散型統御システム (2019)
  • Author(s): 木下俊則
  • Organizer: コンポン研究所セミナー『植物の環境適応能力とその誘導』
  • Invited
• [Presentation] Regulation of stomatal movements by nutrients via long-distance signaling (2019)
  • Author(s): Toshinori Kinoshita
  • Organizer: Nitrogen2019
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 環境刺激に応答した気孔開度の多様な制御機構 (2019)
  • Author(s): 木下俊則
  • Organizer: 日本植物学会第83回大会
• [Presentation] CK II は細胞膜H+-ATPase の活性化を通じて青色光に応答した気孔開口を仲介する (2019)
  • Author(s): 井上晋一郎、高橋 洋平、林 真妃、奥村 将樹、澤崎 達也、Michael B. Palmgren、木下 俊則
  • Organizer: 日本植物学会第83回大会
• [Presentation] 孔辺細胞の細胞膜H+-ATPase の光合成依存的なリン酸化の制御機構の解析 (2019)
  • Author(s): 安藤英伍、木下 俊則
  • Organizer: 日本植物学会第83回大会
• [Presentation] E3リガーゼNOPPERABO1は細胞壁の再構築を介して陸上植物の通気組織形成を制御する (2019)
  • Author(s): 水谷未耶、林優紀、Christian Ganser、内橋貴之、石崎公庸、西浜竜一、木下俊則、河内孝之、東山哲也、金岡雅浩
  • Organizer: 日本植物学会第83回大会
• [Presentation] 気孔開度を制御する新規化合物の分子機構の解析 (2019)
  • Author(s): 辛洸徹、相原悠介、藤茂雄、木下俊則
  • Organizer: 日本植物学会第83回大会
• [Presentation] 光による気孔開口と細胞膜プロトンポンプの活性調節 (2019)
  • Author(s): 木下俊則
  • Organizer: 東北大学大学院工学研究科バイオ工学専攻セミナー
  • Invited
• [Presentation] 気孔開度を調節し、植物成長を制御する (2019)
  • Author(s): 木下俊則
  • Organizer: 中日文化センター講座
  • Invited
• [Presentation] 植物の巧みな環境応答 (2019)
  • Author(s): 木下俊則
  • Organizer: 夢ナビ講義ライブ
  • Invited
• [Presentation] Regulation of light-induced stomatal opening and plasma membrane H+-ATPase (2019)
  • Author(s): Toshinori Kinoshita
  • Organizer: The 18th International Workshop on Plant Membrane Biology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Red light induces photosynthesis-dependent phosphorylation of plasma membrane H+-ATPase in stomatal guard cells (2019)
  • Author(s): Eigo Ando, Toshinori Kinoshita
  • Organizer: The 18th International Workshop on Plant Membrane Biology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Phosphoproteomic analysis in guard cell protoplasts from Vici faba in response to blue light and fusicoccin (2019)
  • Author(s): Kohei Fukatsu, Yuki Hayashi, Keiko Kuwata, Takamasa Suzuki, Toshinori Kinoshita
  • Organizer: The 18th International Workshop on Plant Membrane Biology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Essential role for Si uptake and Si-dependent activation of the plasma membrane H+-ATPase in rice (2019)
  • Author(s): Samito Yamamoto, Yuya Kawai, Koji Takahashi, Masaki Okumura, Tameo You, Namiki Mitani, Naoki Yamaji, Jian Feng Ma, Toshinori Kinoshita
  • Organizer: The 18th International Workshop on Plant Membrane Biology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Regulation of light-induced stomatal opening and plasma membrane H+-ATPase (2019)
  • Author(s): Toshinori Kinoshita
  • Organizer: Seminar, University of Tartu
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Remarks] 植物生理学グループwebページ
  • URL: http://plantphys.bio.nagoya-u.ac.jp/
• [Remarks] 環境記憶統合webページ
  • URL: https://www.rs.tus.ac.jp/plantmemory/index.html