【研究領域課題番号】20K06700 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

環境ストレス応答 / 高温ストレス / 転写因子 / リン酸化 / 植物

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2020-04-01 - 2024-03-31

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

【研究領域課題番号】18H03940 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

植物 / 硝酸応答 / 遺伝子発現 / シグナル伝達 / 窒素栄養 / 硝酸シグナル / 転写因子 / 窒素応答 / 遺伝子発現制御 / 窒素 / 栄養応答 / 栄養シグナル / 転写カスケード / 窒素代謝 / NLP転写因子

【研究成果の概要】

硝酸応答を担うNLP転写活性化因子が直接、発現を誘導する遺伝子として新たにホメオドメン-ロイシンジッパー型（HB）転写因子遺伝子を同定した。このHB転写因子の機能欠損変異株は斑入りの表現型を示し、また、この機能欠損変異株の葉肉細胞の多くで葉緑体の発達の異常が起こっていることを明らかにした。さらに、HB転写因子の欠損変異体のトランスクリプトーム解析により、HB転写因子は葉緑体の発達や機能維持に関わる多くの遺伝子の発現制御に関わっていることを明らかにした。HB転写因子の機能欠損変異株で最も発現が低下している遺伝子の一つがVAR2遺伝子であったが、var2変異体は斑入りの表現型を示すことが知られていることから、HB転写因子がVAR2遺伝子を直接制御している可能性をクロマチン免疫沈降法などにより検討し、硝酸イオン-NLP-HB-VAR2という制御経路が存在することを明らかにした。VAR2遺伝子産物は葉緑体に局在するFtsHプロテアーゼのFtsH2サブユニットであり、FtsHプロテアーゼは、過剰な光エネルギーにより損傷を受けた光化学系IIのタンパク質などのチラコイド膜結合型の光合成関連タンパク質の除去を担い、光化学系II修復サイクルの中心因子として働いている。そこで、強光条件及び強光かつ低窒素条件で、HB転写因子の欠損変異体や過剰発現株の表現型解析を行い、硝酸シグナルがNLPとHB転写因子を介してVAR2の発現を促進することで強光環境でより多くの光エネルギーを利用することを可能としていることを明らかにした。一方で、NLP転写活性化因子により直接、発現が誘導されるNIGT1転写抑制因子の直接の標的遺伝子としてDof型転写因子遺伝子を同定した。このDof型転写因子の欠損株の表現型解析を行い、このDof型転写因子も窒素欠乏応答に関わっていることを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2018-04-01 - 2022-03-31

【配分額】43,680千円 (直接経費: 33,600千円、間接経費: 10,080千円)

【研究分野】植物分子・生理科学

【研究領域課題番号】17K07448 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

X線結晶構造解析 / 転写制御 / 分子認識 / GRASファミリー / 結晶構造解析 / IDDファミリー / 転写因子 / タンパク質間相互作用 / パターン形成 / 蛋白質 / 生体分子 / シグナル伝達 / 植物 / 発現制御

【研究成果の概要】

植物の根の形態形成に関与するGRASファミリーと転写因子IDDファミリーの相互作用に着目して、構造生物学的・生化学的手法を用いてより詳細な転写制御の分子機構の解析を行った。GRASファミリーのSCL3とIDDファミリー複合体のX線結晶構造解析を行った結果、既存のGRAS-IDD相互作用とは異なる新規の相互作用であることが明らかとなった。また、生化学的な解析から転写因子IDDファミリーとGRASタンパク質の組み合わせによって多数のタンパク質から構成される複合体が形成され、複雑な転写制御が行われている可能性が示唆された。

【研究の社会的意義】

植物の根の形態形成は成長過程と調和して転写制御をオン・オフにするため、複雑に制御されている。本研究では根の形態形成に重要な2つのファミリーGRAS, IDDファミリーについてその立体構造解析と分子相互作用解析の結果から、GRASファミリーとIDDファミリーの相互作用様式には多様性があることを示し、結合する組み合わせによって様々な転写制御複合体を形成し得ることを明らかにした。本成果は植物の複雑な転写制御機構の理解を深めると期待される。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)

【研究分野】植物分子・生理科学

【研究領域課題番号】16H06377 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

発生・分化 / 転写因子 / 維管束 / シグナル伝達 / 植物生理 / 植物 / 維管束分化

【研究成果の概要】

多細胞生物は多様な細胞が密に作用し合って個体としての機能を果たす。私たちは、この多様な細胞が作られる仕組みを理解するために、植物の維管束幹細胞をモデルにして、その形成から分化までの過程を解析した。その結果、植物幹細胞のもつ多分化能の維持とその分化決定を制御する複数の鍵転写因子を発見するとともに、GSK3のキナーゼ活性などのように細胞内酵素活性が分化のスイッチングを制御していることを明らかにした。

【研究の社会的意義】

本研究では、私たちが開発した植物組織・細胞培養系を駆使して、維管束幹細胞の発生運命決定の仕組みについて研究し、維管束幹細胞の確立、維管束幹細胞からの維管束細胞分化制御、木部・篩部分化のスイッチング制御における新たな仕組みが明らかとなった。この成果は、多細胞生物の多様な細胞が分化する仕組みの一端を明らかにしたもので、多細胞生物の成り立ちを理解するための重要な一歩となったことから、学術的・社会的成果は大きいと考える。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2016-05-31 - 2021-03-31

【配分額】184,340千円 (直接経費: 141,800千円、間接経費: 42,540千円)

【研究分野】植物保護科学

【研究領域課題番号】15K18652 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

植物 / 非生物ストレス応答 / 高温ストレス / 転写因子 / 翻訳後制御 / リン酸化 / プロテインキナーゼ / 安定性制御 / ストレス応答 / 安定化 / タンパク質分解 / 乾燥ストレス

【研究成果の概要】

シロイヌナズナのDREB2Aは、脱水および高温ストレスに応答した遺伝子発現制御において重要な転写因子である。DREB2Aタンパク質は通常は速やかに分解されるが、ストレス下では安定化し、下流遺伝子の発現を活性化させる。しかしながら、ストレスに応じたDREB2Aの安定性制御メカニズムは明らかになっていなかった。
本研究では、DREB2Aの安定性がストレス依存的なリン酸化状態の変化によって制御されることを見出した。リン酸化される配列の類似性と機能的保存性から、同様の機構が他の植物でも機能していると考えられる。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)

【研究分野】植物栄養学・土壌学

【研究領域課題番号】25252014 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

植物 / 硝酸シグナル / シグナル伝達 / 転写因子 / 遺伝子発現制御 / 植物栄養 / 硝酸応答 / 転写制御 / 窒素 / 遺伝子発現

【研究成果の概要】

植物の窒素栄養環境への適応において硝酸応答型の遺伝子発現は中心的な役割を担う。この硝酸応答型遺伝子発現を担う転写因子はNLPタンパク質群であることを同定していることから、NLP転写因子群を手がかりに、モデル植物であるシロイヌナズナを用いて硝酸応答型遺伝子発現の制御機構の解析を行った。DNAマイクロアレイ解析によって、NLP転写因子群は硝酸応答型遺伝子発現のほとんどを制御しているマスターレギュレーターであることを明らかにした。また、硝酸シグナルの伝達に応答してNLP転写因子群がリン酸化されることが、NLP転写因子の活性化機構であることを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2013-05-31 - 2017-03-31

【配分額】45,890千円 (直接経費: 35,300千円、間接経費: 10,590千円)

【研究分野】植物栄養学・土壌学

【研究領域課題番号】22380043 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

植物 / 硝酸応答 / 硝酸シグナル / 遺伝子発現 / 転写因子 / 栄養代謝調節 / 転写制御 / 転写 / シグナル伝達 / 植物栄養

【研究成果の概要】

植物の主要な窒素源である硝酸態窒素は植物体内でシグナル伝達物質としても働き、硝酸同化関連酵素遺伝子を含む多様な遺伝子の発現を制御している。この硝酸応答型の遺伝子発現の分子機構を明らかにすることを目的として、本研究では、シロイヌナズナを用いて硝酸応答のための鍵転写因子としてNLP転写因子群を同定した。また、NLPは翻訳後制御によって活性化され、活性化されたNLPが硝酸応答性遺伝子の大多数の発現を担っていることを示した。さらに、重要作物であるトウモロコシにおいてもNLP転写因子群が硝酸応答のために類似の役割を担っている可能性を示唆した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2010-04-01 - 2013-03-31

【配分額】17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)

【研究分野】応用分子細胞生物学

【研究領域課題番号】21780314 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

発現制御 / 植物 / ストレス応答 / 転写因子 / 環境ストレス / 翻訳後調節 / モデル植物

【研究成果の概要】

植物が乾燥や高温といった環境ストレスに応答して耐性を高める機構を明らかにするため、シロイヌナズナにおいて、これらの環境ストレスに応答し、ストレス耐性遺伝子の発現を活性化する重要な転写因子DREB2Aに着目し、その翻訳後調節機構の解析を行った。多数の植物の相同遺伝子との配列比較や、部位特異的変異による活性変化の解析から、セリン・トレオニンのクラスターを中心とした領域がDREB2Aタンパク質の活性化にとって重要であることが明らかになった。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)

【研究分野】分子生物学

【研究領域課題番号】15370072 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

転写因子 / Dofタンパク質 / 転写制御 / 植物 / シロイヌナズナ / Dof transcription factor

【研究成果の概要】

植物特異的なDof転写因子のさまざまな生理的役割が既に示唆されているが、Dof転写因子の役割の大部分は未知である。モデル植物であるシロイヌナズナを用いてDof転写因子群の網羅的解析を行い、この転写因子群の全体像に迫ることが本研究の目的である。シロイヌナズナのすべてのDof遺伝子の発現をRT-PCRによって解析し、36個存在するDof遺伝子のほとんどは発現しているが、6つの遺伝子は発現していない、あるいはその発現は非常に微弱であることがわかった。個々の遺伝子の発現の組織特異性を調べ、幾つかのDof遺伝子の発現には組織特異性があることを明らかにした。さらに、GUSレポーター遺伝子を用いて詳細な解析を行い、AtDof5.8プロモーターは芽生えでは茎頂部分の若い葉と葉原基でのみ活性を示すことと胚や花原基でも活性を示すことがわかった。AtDof2.3プロモーターは根において特に強い活性を示し、胚軸に近い部分の中心柱の細胞と根冠で特に強い活性を示した。AtDof2.4プロモーターは、芽生えでは葉の原基と根端の前維管束細胞で活性を示し、胚発生の過程においては前維管束細胞で活性を示した。これは葉の背腹性の決定に関与するホメオボックス遺伝子ATHB8の発現パターンと非常に類似していた。一方で、Dof転写因子の機能について検討するために、Ac/DsトランスポゾンあるいはT-DNAの挿入によって特定の遺伝子の機能が破壊されている株の表現型解析を行った。17個のDof遺伝子について解析を行い、関係の近い二つの遺伝子(AtDof3.1とAtDof5.8)における変異は、ともに糖に対する感受性を変化させることがわかった。さらに、AtDof2.4を過剰発現させた形質転換体で、葉がカールするという葉の背腹性の異常を示唆する結果も得た。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2003 - 2005

【配分額】12,700千円 (直接経費: 12,700千円)