2016 Fiscal Year Annual Research Report
乾燥及び温度ストレスに対する植物の時空間的応答と記憶の分子機構
| Project Area | Integrative system of autonomous environmental signal recognition and memorization for plant plasticity |
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15H05960
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
篠崎 和子 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (30221295)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 秀臣 北海道大学, 理学研究院, 助教 (70582295)
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| Project Period (FY) |
2015-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 植物 / ストレス / 発現制御 / 転写因子 / 翻訳後調節 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成２８年度は以下の４つの研究を進めた。
水分欠乏ストレス応答機構の解明に関する研究では、水分欠乏時にABAを介さずに活性化するサブクラス I SnRK2キナーゼとその下流で働くmRNAの脱キャップ複合体の構成因子VARICOSEが、水分欠乏下において不要なmRNAの分解を活性化していることを見出した。変異体解析によって、このmRNA分解機構はストレス時の植物の成長を促進する働きを示すと考えられた。
組織間の高温ストレスシグナル伝達に関わる可能性のある因子としてペプチドに着目し、in silico解析及び質量分析器による解析から候補となるペプチドを選抜した。これらのペプチドをコードする遺伝子について過剰発現体を作出し、高温ストレス下の成長や耐性について解析した結果、野生株と比較して高温ストレス耐性試験において高い生存率を示す植物体が見出された。
マイルドな乾燥ストレス下におけるイネの成長抑制機構の研究では、種々の土壌水分条件下でイネの幼苗を生育させ、生理学的特性や代謝産物、植物ホルモンレベル、遺伝子発現を網羅的に調べた。光合成活性は影響されないようなマイルドなストレス下においても、既に顕著な生育の遅れが観察され、茎頂を含む基部において、細胞分裂関連遺伝子の発現量やサイトカイニンやIAAの減少が認められた。
高温ストレス活性型レトロトランスポゾンONSENのプロモーターにGFPを繋ぎ、これを導入した形質転換体を作製し変異原(EMS)処理した。変異集団の中の導入遺伝子及び内在性のONSENが高発現する2つの変異体で、世代を超えた高温による転移が観察された。原因因子の特定の結果、１つは既に転移することがわかっているRNA polymerase IVの機能欠損変異体であった。もう１つについては現在候補遺伝子を絞り込み、相補性検定やONSENの転移の再現性実験を行っている。
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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
水分欠乏ストレスによって活性化されるサブクラスI SnRK2タンパク質キナーゼの研究では、研究結果が大きく進展しサブクラス I SnRK2キナーゼの標的がmRNAの脱キャップ複合体の構成因子VARICOSEであることを明らかにした。また、このキナーゼは水分欠乏下において活性化してVARICOSEをリン酸化することで不要なmRNAの分解を活性化していることを示した。一方、このmRNA分解機構はストレス時の植物の成長を促進する働きがあることも明らかにして論文としてまとめ、Nature姉妹誌であるNature Plantsに投稿し受理されるなど、研究は当初の計画以上に進展し画期的研究成果を得た。
長距離ストレスシグナル伝達に関しては、高温ストレスのシグナル伝達因子の候補として、高温ストレス耐性の獲得に関わるペプチドを同定した。すでに高発現体が高温ストレス耐性を示すことを明らかにしており、研究は順調に進展している。
マイルドな乾燥ストレス下におけるイネの成長抑制機構の研究は、順調に進展しており、種々の土壌水分条件下でのイネの生理学的特性、代謝産物、植物ホルモンレベル、遺伝子発現を網羅的に調べた。これらの結果から、マイルドなストレス下の植物の生育の遅れは、茎頂を含む基部においてサイトカイニンやIAAが減少することで細胞分裂関連遺伝子の発現が抑制されるためである可能性を示し、論文としてまとめPlant Journalに発表することができた。
高温ストレス活性型レトロトランスポゾンONSENの研究では、ONSENのプロモーターにGFPを繋ぎ、これを導入した形質転換体を作製し変異原(EMS)処理した変異集団の中から、2つの変異体で世代を超えた高温による転移が観察された。これらの変異体のうち１つは新規の遺伝子をコードしており、研究は着々と進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
サブクラスI SnRK2タンパク質キナーゼの研究では、質量分析器を用いた解析法により上流で働く相互作用因子を網羅的に探索する。本キナーゼはリン酸化によって活性化することが予想されるので、上流因子候補としてキナーゼやホスファターゼに注目して機能解析を行い、SnRK2キナーゼの浸透圧ストレスによる活性化の分子機構の解明を図る。長距離ストレスシグナル伝達に関わるペプチドの探索では、その高発現体が高温ストレスに対して耐性を示したペプチドに関して機能解析を進めるため、変異体を作製する。また、高発現体を用いて高温ストレス誘導性遺伝子の発現解析を行う。マイルドな乾燥ストレス下におけるイネの成長抑制機構の研究では、茎頂における細胞分裂関連遺伝子の発現抑制機構を解析するために、数種の細胞分裂関連遺伝子やこれらの遺伝子の発現を制御する転写因子遺伝子のプロモーターとリポーター遺伝子とをイネに導入して、これらの遺伝子の転写抑制がプロモーターに起因するかどうかを確かめる。高温ストレス活性型レトロトランスポゾンONSENの研究では、ONSENの発現を指標にして、ストレス応答性の制御因子を同定し、世代を超えたストレスメモリーについて詳細に解析する。
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Research Products
(43 results)
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[Journal Article] Temporal and spatial changes in gene expression, metabolite accumulation and phytohormone content in rice seedlings grown under drought stress conditions2017
Author(s)
Todaka D, Zhao Y, Yoshida T, Kudo M, Kidokoro S, Mizoi J, Kodaira KS, Takebayashi Y, Kojima M, Sakakibara H, Toyooka K, Sato M, Fernie AR, Shinozaki K, Yamaguchi-Shinozaki K
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Journal Title
Plant J.
Volume: 90
Pages: 61～78
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Molecular, physiological, and agronomical characterization, in greenhouse and in field conditions, of soybean plants genetically modified with AtGolS2 gene for drought tolerance2016
Author(s)
Honna PT, Fuganti-Pagliarini R, Ferreira LC, Molinari MDC, Marin SRR, de Oliveira MCN, Farias JRB, Neumaier N, Mertz-Henning LM, Kanamori N, Nakashima K, Takasaki H, Urano K, Shinozaki K, Yamaguchi-Shinozaki K, Desiderio JA, Nepomuceno AL
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Journal Title
Mol Breeding
Volume: 36
Pages: 1～17
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Characterization of Molecular and Physiological Responses Under Water Deficit of Genetically Modified Soybean Plants Overexpressing the AtAREB1 Transcription Factor2016
Author(s)
Marinho, JP, Kanamori, N, Ferreira, LC, Fuganti-Pagliarini R, Carvalho, JDC, Freitas RA, Marin SRR, Rodrigues FA, Mertz-Henning LM, Farias JRB, Neumaier N, de Oliveira MCN, Marcelino-Guimaraes FC, Yoshida T, Fujita Y, Yamaguchi-Shinozaki K, Nakashima K, Nepomuceno AL
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Journal Title
Plant Molecular Biology Reporter
Volume: 34
Pages: 410～426
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Inducible Transposition of a Heat-Activated Retrotransposon in Tissue Culture2016
Author(s)
Masuta Y, Nozawa K, Takagi H, Yaegashi H, Tanaka K, Ito T, Saito H, Kobayashi H, Matsunaga W, Masuda S, Kato A, Ito H
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Journal Title
Plant and Cell Physiology
Volume: 58
Pages: 375～384
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] A Stress-Activated Transposon in Arabidopsis Induces Transgenerational Abscisic Acid Insensitivity2016
Author(s)
Ito H, Kim JM, Matsunaga W, Saze H, Matsui A, Endo TA, Harukawa Y, Takagi H, Yaegashi H, Masuta Y, Masuda S, Ishida J, Tanaka M, Takahashi S, Morosawa T, Toyoda T, Kakutani T, Kato A, Seki M
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 6
Pages: 1～12
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Analysis of activation mechanisms of Group A1 heat shock transcription factors2016
Author(s)
Ohama N, Kusakabe K, Mizoi J, Zhao H, Kidokoro S, Koizumi S, Takahashi F, Ishida T, Yanagisawa S, Shinozaki K, Yamaguchi-Shinozaki K
Organizer
Gordon Research Conference Salt & Water Stress in Plants
Int'l Joint Research
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[Presentation] Comparative physiological, metabolomic and transcriptomic analyses of rice seedlings grown under different levels of drought stress conditions2016
Author(s)
Todaka D, Zhao Y, Yoshida T, Kudo M, Kidokoro S, Mizoi J, Kodaira KS, Takebayashi Y, Kojima M, Sakakibara H, Fernie AR, Toyooka K, Sato M, Shinozaki K, Yamaguchi-Shinozaki K
Organizer
the Cold Spring Harbor Asia conference on Latest Advances in Plant Development & Environmental Responses
Int'l Joint Research
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