【研究領域課題番号】21K06209 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

環境応答 / 植物 / 低温 / 概日時計 / 低温ストレス応答 / 翻訳後制御

【研究成果の概要】

モデル植物シロイヌナズナの概日時計において中心的な役割を持つMYB様転写因子であるCCA1について、低温ストレスに応答したタンパク質分解の制御メカニズムを明らかにするため、温度低下におけるCCA1タンパク質の分解様式の詳細な解析と、CCA1に相互作用するタンパク質から分解制御に関わる因子の探索を行った。まず、野生型植物体とCCA1-GFP過剰発現植物体に対して複数段階での温度低下処理(22℃から4℃まで3℃ずつ減少)を行い、野生型植物体におけるDREB1A遺伝子の発現量とCCA1-GFP過剰発現植物体におけるCCA1タンパク質の蓄積量を解析した。DREB1A遺伝子の発現は、無処理時にはCCA1によって抑えられており、低温ストレスに応答して急速に誘導される。その結果、DREB1A遺伝子の発現が誘導され始める温度とCCA1タンパク質が分解され始める温度とでは若干の違いが見られた。したがって、DREB1の発現誘導には、CCA1タンパク質の分解だけでなく、複数の制御が関わっていることが示唆された。次に、CCA1-GFP過剰発現植物体を用いた共免疫沈降によるCCA1の共精製産物の探索を行った。22℃の無処理条件と4℃の低温ストレス条件のそれぞれで解析を行い、CCA1相互作用因子の候補を複数得た。その中には、２種類のE3ユビキチンリガーゼファミリーや複数のリン酸化酵素、脱リン酸化酵素が見られた。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2021-04-01 - 2024-03-31

【配分額】3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)

【研究領域課題番号】20K21415 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

RNA高次構造 / 植物環境応答 / 温度依存性 / RNAサーモメーター / RNA / 植物 / 環境応答

【研究成果の概要】

本研究では、植物のロバストな細胞形質発現を可能にする環境応答システムとして「RNA高次構造ダイナミクス」に着目し、温度依存的なRNA高次構造ダイナミクス情報の新規取得、さらには、植物における「RNAサーモメーター」の同定を目指して解析を行っている。以下が2021年度の成果である。
1. 22℃、28℃の温度条件で育てたシロイヌナズナ芽生えに関するトランスクリプトームデータの比較解析、さらにはRNA代謝制御異常変異体のトランスクリプトームとの比較解析を進めた。この結果、6℃の温度条件変化によって起こる遺伝子発現量およびpre-mRNAスプライシングパターンの異常を多数例抽出することに成功し、とくにスプライシング変異体では、温度依存的にオーキシン関連遺伝子のmRNA代謝が大きく変化することが明らかとなった。
2. 細胞ストレス依存的にスプライシング異常が起こる遺伝子について、DMS-qPCR解析を進めた。この結果、温度変化や細胞ストレスによってRNAの二次構造変化が起こっていること、さらにこの構造変化によってスプライソソームが本来の認識部位領域にアクセスできなくなり、結果としてスプライシング反応が阻害されていること、を示唆するデータを得た。
オーキシン関連遺伝子群は、選択的スプライシング、miRNAによる翻訳・分解制御、uORFを介したNMDによる分解制御、など多面的なRNA代謝制御のターゲットとなっていることが知られている。以上から、オーキシン関連遺伝子群の中に植物「RNAサーモメーター」の候補が多く含まれている可能性が示唆された。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2020-07-30 - 2023-03-31

【配分額】6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)

【研究分野】植物栄養学・土壌学

【研究領域課題番号】17K15236 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

マグネシウム欠乏 / ナトリウム応答 / ミネラル吸収 / 環境応答 / 植物 / 根 / イオン吸収 / マグネシウム / ナトリウム / 放射線 / 栄養学 / 生理学

【研究成果の概要】

根でのミネラル吸収活性の調節は、作物栽培に適さない不良環境下での植物の応答の一つである。この応答のメカニズムに関わる分子の同定を目指し、本研究ではミネラル吸収の変化を詳細に解析した。マグネシウム欠乏処理によりマグネシウムの吸収速度が最大になった時点で、既知のマグネシウム輸送体の遺伝子発現に変化はなく、未知の分子の関与が示唆された。30 mMの塩化ナトリウムの添加により、成熟組織でのナトリウム吸収速度が一時的に上昇するものの数分後には速やかに抑制されることが分かった。塩ストレスへの初期応答として、ナトリウム吸収機構が遺伝子発現によらず調節されていることが示された。

【研究の社会的意義】

植物のイオン吸収速度を精度高く解析するためには、均質な根を持つサンプルを準備することが重要で、側根が発生していない幼植物が使いやすい。本研究ではシロイヌナズナの1週齢個体を実験に供し、安定したデータを取得できる実験系を確立することができた。この系は他の実験にも応用できるものである。また、同一栽培系の中で複数の無機元素吸収を解析したことで、元素ごとの吸収の特徴が示された。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2019-03-31

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究分野】応用分子細胞生物学

【研究領域課題番号】16H06666 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

活性酸素 / ライヴセルイメージング / 環境応答 / 植物 / ライヴイメージング

【研究成果の概要】

本研究では、植物における細胞内レドックス変化の時間的・空間的挙動を明らかにすることを目的として、RＯS応答性蛍光プローブを用いた生細胞タイムラプスイメージング技術の開発に取り組んだ。研究の結果、植物細胞でのRＯS検出に最適な蛍光プローブと、蛍光検出条件を確立した。本条件を用いることで、培養条件の違いによって、RＯS生成の空間的挙動が違いを見いだすことが可能になった。

【研究種目】研究活動スタート支援

【研究期間】2016-08-26 - 2018-03-31

【配分額】2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)

【研究分野】応用分子細胞生物学

【研究領域課題番号】15H04628 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

植物 / mRNA制御 / 環境応答 / 高温ストレス / ストレス顆粒 / P-ボディー / RNA顆粒 / シロイヌナズナ / mRNa分解 / 翻訳抑制 / イネ / 野外環境 / 生体機能利用 / 環境対応 / 気候変動 / 環境調和型農林水産 / mRNA分解 / 脱キャップ酵素 / ストレス / バイオテクノロジー / プロセッシングボディー / RNAプロファイリング

【研究成果の概要】

植物が高温などのストレスを受けた際、細胞内に現れるRNA顆粒ーPボディーとストレス顆粒ーについて、ストレス耐性を付与する機能との関連を解析した。ストレス高温処理直後から、分単位で見られる非常に早い変化であった。DCP1 によるPボディーは平常時から存在し、DCP2がそこに集結、ストレス顆粒はそれとは独立に形成されるが、P-ボディーと離合集散する構造として観察された。ストレス耐性の際増加するmRNA、不安定化するmRNA種類はそれぞれ7-8,000種。Pボディーを構築するタンパク質や含まれるRNA種を解析した。mRNAプロファイルの変化に関連している顆粒としてP-ボディーを捉えることができた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】15,600千円 (直接経費: 12,000千円、間接経費: 3,600千円)

【研究分野】植物分子・生理科学

【研究領域課題番号】15H04386 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

植物 / 細胞膜プロトンポンプ / 光合成 / 養分吸収 / 植物ホルモン / リン酸化 / シグナル伝達 / 環境応答

【研究成果の概要】

本研究では、維管束植物における根での無機養分取り込み、篩部でのスクロース取り込み、気孔開口など多くの生理現象において重要な役割を果たしている細胞膜プロトンポンプの解析を進め、その活性調節機構や生理的役割の解明を目的として研究を進めてきた。その結果、陸生植物において光合成に依存した活性化機構が進化的に保存されていること、イネの根の細胞膜プロトンポンプが無機養分であるケイ素により活性化されること、植物ホルモンであるオーキシンやブラシノステロイドによる細胞膜プロトンポンプの活性機構などが明らかとなり、これまで知られていなかった細胞膜プロトンポンプの多様な活性調節機構や生理的役割の一端を解明した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)

【研究分野】農業環境工学

【研究領域課題番号】24248043 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

リモートセンシング / 画像計測 / 蒸発散 / 光合成 / クロロフィル蛍光 / 環境影響 / 情報工学 / 植物 / 環境応答

【研究成果の概要】

植物群落の時空間機能情報のモニタリングと解析評価手法の開発に関する研究を行った。例えば、関東地方や摩周湖周辺の衛星(LANDSAT)データから、蒸発散指標(iTVDI)を計算し、森林衰退の早期診断に有効であることを示した。また、大気酸素の吸収帯のO2Aバンドを利用して、太陽光下でクロロフィル蛍光パラメータを求める新しい方法(FLD-LISP法）やクロロフィル蛍光画像計測システムを開発し、光合成機能診断に適用した。さらに、地上やドローンなどから作物や樹木の３次元形状や植生指数、温度などを計測し、高精度で植物の形質評価を行う方法を開発した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2012-04-01 - 2017-03-31

【配分額】44,200千円 (直接経費: 34,000千円、間接経費: 10,200千円)