Analysis of signal transduction of stomatal movements and regulation of plant growth

气孔运动信号转导分析及植物生长调控

• 批准号: 20H05687
• 负责人: 木下 俊則
• 金额: $ 119.64万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-08-31 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H05687/
• 关键词: 気孔; 環境応答; 成長制御; ケミカルスクリーニング; ホスホプロテオミクス; 植物; シグナル伝達; バイオマス

気孔開口の必須酵素である細胞膜H+-ATPaseは、C末端から２番目のスレオニンのリン酸化により活性化されることが明らかとなっているが、リン酸化制御に関わるキナーゼやホスファターゼは明らかとなっていない。これまでの生化学的な解析により、タイプ２Cホスファターゼ（PP2C）様の活性が脱リン酸化に関わることがわかっていたため、PP2Cの分子種の同定を進めた結果、PP2C.Dファミリーが重複して機能しており、その中でも孔辺細胞での発現量の多いPP2C.D6とPP2C.D9が主要な役割を果たしていることが明らかとなった。この研究過程において、暗処理した植物では急激に細胞膜H+-ATPaseが脱リン酸化されることを見出し、PP2C.D6とPP2C.D9が葉内CO2の急激な上昇に伴って活性化され、細胞膜H+-ATPaseの脱リン酸化に関わっていることが明らかとなった。また、栄養生長期と生殖生長期に出現する葉における気孔特性の解析を進め、生殖生長期の葉の気孔は、栄養生長期のものより光による気孔開口が促進されており、光合成活性が高く、種子生産に重要な役割を果たしていることが明らかとなった。さらに、気孔開度に影響を与える化合物の網羅的探索の結果、植物由来の天然物が強い気孔開口抑制作用を持つことがわかり、その分子機構についての解析を進めた。加えて、気孔開度制御による植物の成長や収量に与える影響についての解析も進め、ゲノム編集など遺伝子組換えに頼らない方法による「ポンプ植物」の作出を目指した解析を進め、シロイヌナズナの主要なH+-ATPaseアイソフォームのプロモーター領域にガイドRNAを設計し、ゲノム編集により変異を導入することで、発現量の増加した植物体の作出に成功した。表現型解析の結果、これらの植物では、気孔開口が促進されており、バイオマスが25%以上増加していた。

気 hole opening の must enzyme で あ る H + - cell membrane ATPase は, C terminal か ら 2's の ス レ オ ニ ン の リ ン acidification に よ り activeness さ れ る こ と が Ming ら か と な っ て い る が, リ ン acidification royal に masato わ る キ ナ ー ゼ や ホ ス フ ァ タ ー ゼ は Ming ら か と な っ て い な い. こ れ ま で の な of biochemistry analytic に よ り, タ イ プ 2 c ホ ス フ ァ タ ー ゼ (PP2C) others の active が リ off ン acidification に masato わ る こ と が わ か っ て い た た め, PP2C の molecules of の with fixed を め た results, PP2C. D フ ァ ミ リ ー が repeat し て function し て お り, そ の in で も 辺 cell で の 発 の い more amount of PP C. 2 D6 と PP2C. D9 が main な "を cut fruit た し て い る こ と が Ming ら か と な っ た. こ の research process に お い て, dark 処 し た plant で は nasty shock に H + - cell membrane ATPase が リ off ン acidification さ れ る こ と を see し, PP2C. D6 と PP2C. D9 が leaf rises in CO2 の nasty shock な に with っ て activeness さ れ, cell membrane H + - ATPase の リ off ン acidification に masato わ っ て い る こ と が Ming ら か と Youdaoplaceholder0. Long-term と ま た, tech students.their ownship curing reproductive stage appear に す る leaf に お け る 気 の analytic を hole features into め, reproductive stage の leaf の 気 hole は, tech students.their ownship health long-term の も の よ り light に よ る 気 hole opening が promote さ れ て お り, high photosynthetic activity が く を cut fruit, seed production important な に service た し て い る こ と が Ming ら か と な っ た. さ ら に, 気 hole opening に influence を and え る compound の snare explore の results, strong plant origin の natural objects が い 気 hole opening inhibition を hold つ こ と が わ か り, そ の molecular institutions に つ い て の parsing を into め た. Add え て, 気 hole opening suppression に よ る plants grow の や 収 に and え る influence に つ い て の parsing も め, ゲ ノ compiling な ム ど heritage 伝 subgroups in え に 頼 ら な い method に よ る "ポ ン プ plants" の make を refers し た parsing を め, シ ロ イ ヌ ナ ズ ナ の main な H + - ATPase ア イ ソ フ ォ ー ム の プ ロ モ ー タ ー field に ガ イ ド RNA を design し, ゲ ノ compiling に ム よ り - different を import す る こ と で, 発 now quantity の raised し た plant の make に successful し た. Phenotype analysis <s:1> results, <s:1> れら <s:1> plant で で, gas hole opening が promotes されてお, バ <s:1> and <s:1> スが スが スが スが スが スが スが スが た た た た た, increase スが by more than 25%.

项目成果

シロイヌナズナ実生での細胞膜 H+-ATPase 活性化が包括的な遺伝子発現に与える影響

质膜H+-ATP酶激活对拟南芥幼苗整体基因表达的影响

• 发表时间: 2023
• 作者: 下村亘;齋藤優子;熊谷将吾;亀田知人;中川原聡;堀内章芳;渡邊宏満;吉岡敏明;木下(永縄)悟，瀧京美，永縄万由子，長谷川莉子，桐山寛生，大神田淳子，木下俊則
• 通讯作者: 木下(永縄)悟，瀧京美，永縄万由子，長谷川莉子，桐山寛生，大神田淳子，木下俊則

時計長周期化化合物と標的タンパ クの結合モデル

时钟周期化合物与靶蛋白之间的结合模型

• 发表时间: 2022
• 作者: 淺原弘嗣;中道亮;堤大樹;栗本遼太;吉岡敏明;伊藤潤一郎;山本裕紹;前田明里，松尾宏美，藤本和宏，木下俊則，山口潤一郎，中道範人
• 通讯作者: 前田明里，松尾宏美，藤本和宏，木下俊則，山口潤一郎，中道範人

ポンプ植物作出による光合成、養分吸収、収量の促進

通过创建水泵植物促进光合作用、养分吸收和产量

• 发表时间: 2022
• 作者: Toyota Takenobu;Kimura Noriaki;Nishioka Jun;Ito Masato;Nomura Daiki;Mitsudera Humio;木下俊則
• 通讯作者: 木下俊則

気孔開口を制御する小分子の作用点解析と分子改良

控制气孔开放的小分子的作用点分析和分子改良

• 发表时间: 2021
• 作者: 相原 悠介;藤 茂雄;戸田 陽介;井上 心平;佐藤 綾人;村上 慧;伊丹 健一郎;木下 俊則
• 通讯作者: 木下 俊則

新奇液胞膜型マグネシウム輸送体の気孔開口への関与

新型液泡膜型镁转运蛋白参与气孔开放

• 发表时间: 2022
• 作者: 井上 晋一郎;林 真妃;黄 勝;横正 健剛;後藤 栄治;池松 朱夏;奥村 将樹;鈴木 孝征;木下 俊則;馬 建鋒
• 通讯作者: 馬 建鋒