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2019 Fiscal Year Annual Research Report

Response mechanisms to a fluctuating environment through long-distance signaling

Planned Research

Project AreaIntegrative system of autonomous environmental signal recognition and memorization for plant plasticity
Project/Area Number 15H05957
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

松林 嘉克  名古屋大学, 理学研究科, 教授 (00313974)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 望田 啓子 (桑田啓子)  名古屋大学, トランスフォーマティブ生命分子研究所, 特任助教 (70624352)
Project Period (FY) 2015-06-29 – 2020-03-31
Keywords長距離シグナリング / ペプチド / 篩管 / シロイヌナズナ
Outline of Annual Research Achievements

葉の窒素需要を根に伝える新規長距離移行シグナルCEPDL2の発見
植物では根の窒素状況に加えて,葉自身の窒素需要によっても,根の窒素吸収が制御されていると考えられてきたが,その実体は明らかではなかった.
シロイヌナズナにはCEPDと配列が類似したポリペプチドが21種類あり,そのうちの2種類は特に類似性が高い.我々は,これらのひとつCEPDL2が葉の窒素需要を根に伝える長距離移行シグナルの本体であることを見出した.CEPDL2は高親和性硝酸トランスポーターであるNRT2.1やNRT2.2に加えて,木部への硝酸の積み込みに関わるNRT1.5の発現を誘導し,硝酸の取り込みと地上部への輸送を活性化する.CEPDL2は主に葉の篩部において発現するが,根を切除した地上部に対する窒素欠乏処理で発現が誘導されたことから,CEPDL2は葉自身の窒素欠乏状態に直接応答するシグナルである.葉の篩部で発現したGFP-CEPDL2は根へ移行し,その蛍光は根の表皮細胞の核にも検出された.
CEPDL2の欠損株をCRISPR/CAS9で作製したところ,硝酸取り込み活性の顕著な低下が観察された.特に,生育後期に新たに展開する葉が小さくなるなど地上部のサイズの減少が観察された.これは,急激に地上部のバイオマスが増加する栄養生長後期に地上部の窒素需要が増大することを示唆している.実際,この時期には地上部でCEPDL2の発現量が増加する.
さらに根の窒素欠乏を他の根に伝える過程に関わるCEPD1/2と葉の窒素需要を根に伝えるCEPDL2の両方を欠損する植物では,顕著な硝酸取り込み活性の低下と植物体の著しい矮小化が観察された.一連のCEPDおよびCEPDLの解析から,根における硝酸取り込みの制御には,葉に由来する長距離シグナルが主要な役割を担っていることが結論づけられた(Nature Commun. 2020).

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

    (6 results)

All 2020 2019 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 4 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Shoot-to-root mobile CEPD-like 2 integrates shoot nitrogen status to systemically regulate nitrate uptake in Arabidopsis2020

    • Author(s)
      Ryosuke Ota, Yuri Ohkubo, Yasuko Yamashita, Mari Ogawa-Ohnishi, Yoshikatsu Matsubayashi
    • Journal Title

      Nature communications

      Volume: 11 Pages: 641

    • DOI

      10.1038/s41467-020-14440-8

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Long-distance peptide signaling involved in systemic regulation of nitrogen acquisition.2019

    • Author(s)
      Matsubayashi Y.
    • Organizer
      23rd International Conference on Plant Growth Substances
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Long distance peptide signaling mediating nitrogen homeostasis2019

    • Author(s)
      Matsubayashi Y.
    • Organizer
      18th International Workshop on Plant Membrane Biology
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Long distance peptide signaling mediating nitrogen homeostasis2019

    • Author(s)
      Matsubayashi Y.
    • Organizer
      Cold Spring Harbor Asia conference on Plant Cell and Development Biology
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Receptor kinase signaling in plants: from peptide ligand identification to non-peptide antagonist development2019

    • Author(s)
      Matsubayashi Y.
    • Organizer
      International Symposium on Plant Receptor Kinases and Cell Signaling 2019
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Remarks] 名古屋大学 大学院理学研究科 生命理学専攻 細胞間シグナル研究グループ(松林嘉克教授)ホームページ

    • URL

      http://www.bio.nagoya-u.ac.jp/~b2/index.html

URL: 

Published: 2021-01-27  

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