2011 Fiscal Year Annual Research Report
植物ホルモンを介した炭素・窒素栄養バランス情報の伝達システムの解明
| Project Area | Comprehensive studies of plant responses to high CO2 world by an innovative consortium of ecologists and molecular biologists |
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| Project/Area Number |
21114005
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| Research Institution | The Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
榊原 均 独立行政法人理化学研究所, 生産機能研究グループ, グループディレクター (20242852)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
木羽 隆敏 独立行政法人理化学研究所, 生産機能研究グループ, 研究員 (20532097)
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| Keywords | 光合成 / 二酸化炭素 / 植物ホルモン / 窒素栄養 / 遺伝子発現 |
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| Research Abstract |
高CO_2条件、高C/N条件でのオミクス解析に基づく形態的応答に関わる遺伝子同定と機能解析
昨年までの研究により、生育環境中のCO_2濃度の上昇に応答し成長が促進されるのに先んじて、メリステムを含む茎頂部分のtZ型サイトカイニンの内生量が増加することを明らかにした。一方、tZ生合成を担うCYP735A遺伝子の破壊株(cyp^<735ala2>二重変異体)ではシュートメリステムが野生型に比べ小さくなるとともに、葉の面積当たりの細胞数が少なくなり、葉のサイズも小さくなるなど、高CO_2応答とは逆の表現を示すことを明らかにした。そこで、今年度はホルモン関連の機能欠失型変異体について高CO_2に対する地上部のサイズ変化などについて検討した。その結果、cyp^<735ala2>二重変異体では形態的な高CO_2応答が著しく抑えられていた。このことは高CO_2条件への形態的応答のシグナルの1つとしてCYP735Aを介したtZの合成が関わっていることを示唆している。
野生型とcyp^<735ala2>二重変異体地上部のC/N比を測定したところ、二重変異体では野生型に比べ、C/N比が通常条件で低いこと、さらに高CO_2条件でより減少していた。この減少の要因は炭素含量が高CO_2条件で減少することによる。この生理学的解釈についてはCとNの内訳(構造炭素/非構造炭素解析、アミノ酸組成解析など)や、地下部でのC/N比とも合わせて考察する必要がある。
C/Nバランス条件により制御されるサイトカイニン生合成酵素遺伝子の解析
シロイヌナズナでの知見を踏まえ、高CO_2処理条件におけるサイトカイニン合成系遺伝子の発現を調べたところ、OsIPT4の発現が根で上昇するとともに、サイトカイニン内生量も根で増加していた。一方、メリステムを含む茎頂部分においてOsIPT8の発現が約3倍に上昇していた。以上の結果は、OsIPT4,OsIPT5に加えOsIPT8も含めた高CO_2条件でのサイトカイニンを介した成長制御システムについて検討する必要性を示している。
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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
cyp^<735ala2>二重変異体における高CO_2に対する形態的な応答が著しく抑えられていたことを明らかにし、高CO_2条件への形態的応答のシグナルの1つとしてCYP735Aを介したtZの合成が関わっていることを示すことができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
CYP735A以外のサイトカイニン生合成、情報伝達に関わる種々の変異体での高CO_2応答の違いを詳細に比較検討するとともに、接ぎ木実験などとも組み合せて、高CO_2へのtZを介した形態的応答の個体レベルでの統御システムについて知見を得る。
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[Journal Article] Arabidopsis lonely guy (LOG) multiple mutants reveal a central role of the LOG-dependent pathway in cytokinin activation2012
Author(s)
Tokunaga,H., Kojima, M., Kuroha, T., Ishida, T., Sugimoto, K., Kiba, T. and Sakakibara, H.
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Journal Title
Plant Journal
Volume: 69
Pages: 355-365
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] The Arabidopsis nitrate transporter NRT2.4 plays a double role in roots and shoots of nitrogen-starved plants2012
Author(s)
Kiba, T., Feria-Bourrellier, A.-B., Lafouge, F., Lezhneva, L., Boutet-Mercey, S., Orsel, M., Brehaut, V., Miller, A., Daniel-Vedele, F., Sakakibara, H. and Krapp, A.
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Journal Title
Plant Cell
Volume: 24
Pages: 245-258
DOI
Peer Reviewed
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