新奇カルシウムイオンチャネルによる孔辺細胞の環境情報統合機構の解明

利用新型钙离子通道阐明保卫细胞的环境信息整合机制

• 批准号: 18KK0425
• 负责人: 宗正 晋太郎
• 金额: $ 9.98万
• 依托单位: Okayama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (A))
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019 至 2023
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18KK0425/
• 关键词: 気孔; 孔辺細胞; カルシウム; イオンチャネル; 環境ストレス応答

葉の表皮に存在する気孔は、一対の孔辺細胞からなる小孔であり、開閉運動により光合成の材料である二酸化炭素の取り込みや蒸散による水分放出の調節を行う重要な場所である。本研究では、この気孔の開閉運動の制御にかかわるカルシウムイオンチャネル候補因子であるgcCNGCとGCMの機能解析を進めている。2022年度は共同研究先に渡航することができた。GCMについて様々な多重変異体を作成して気孔表現型解析を行った結果、これまで得ていた変異体ラインよりも強い表現型を示す多重遺伝子破壊変異体を単離することができた。また、この多重遺伝子破壊変異体では、暗所下での気孔閉鎖応答は野生株と同様に観察されたことから、多重遺伝子破壊変異体で観察された気孔表現型は、気孔の発達・形成異常によるものではなく、開閉制御にかかわる特定のシグナル伝達が破壊されたことが原因であることが示唆された。現在、昨年度に確立したHEK293細胞を用いたパッチクランプにより、この変異体の原因遺伝子によってコードされるイオン輸送体候補タンパク質の活性評価を進めているところである。液胞は、孔辺細胞細胞質カルシウムイオンの重要な供給元の一つとして考えられている。既知の液胞膜カルシウムイオン輸送体を破壊した変異体より単離した液胞を用いたパッチクランプ解析により、未知の輸送体が媒介するカルシウムイオン輸送活性が液胞膜に存在することが示唆された。そのため現在、gcCNGCやGCMファミリーの液胞膜局在について調査している。本共同研究の国際ネットワークをきっかけにして、新たな共同研究を行う機会を得た。その成果はNature誌に掲載された。気孔閉鎖に必須のアニオンチャネルであるSLAC1の活性化にかかわる新規カルシウムシグナル伝達機構を解明し、論文として発表した。

叶子表皮中的气孔是由一对保卫细胞组成的小孔，是调节光合作用物质二氧化碳的摄入以及通过蒸腾作用释放水的重要场所。在本研究中，我们正在进行 gcCNGC 和 GCM 的功能分析，它们是参与控制气孔打开和关闭运动的候选钙离子通道因子。 2022 年，我能够前往一个联合研究地点。通过创建 GCM 的各种多重突变体并进行气孔表型分析，我们能够分离出多个基因破坏突变体，这些突变体表现出比之前获得的突变体系更强的表型。此外，在该多基因破坏突变体中，观察到在黑暗中的气孔关闭反应与野生型菌株相似，因此在多基因破坏突变体中观察到的气孔表型是由于异常的气孔发育和形成所致。有人认为，原因不是由细胞打开引起的，而是由参与控制打开和关闭的特定信号转导的破坏引起的。我们目前正在利用我们去年建立的 HEK293 细胞的膜片钳技术来评估由负责该突变体的基因编码的离子转运蛋白候选蛋白的活性。液泡被认为是保卫细胞胞质钙离子的重要来源之一。使用从已知液泡膜钙离子转运蛋白被破坏的突变体分离的液泡进行膜片钳分析表明，液泡膜中存在由未知转运蛋白介导的钙离子转运活性。因此，我们目前正在研究 gcCNGC 和 GCM 家族的液泡膜定位。此次联合研究的国际网络为开展新的联合研究提供了机会。研究结果发表在《自然》杂志上。我们阐明了一种参与 SLAC1 激活的新型钙信号传导机制，SLAC1 是气孔关闭所必需的阴离子通道，并将其发表在一篇论文中。

项目成果

Oxalic Acid Mitigates Cadmium Toxicity in Cicer arietinum L. Germinating Seeds by Maintaining the Cellular Redox Homeostasis

• DOI: 10.1007/s00344-021-10334-1
• 发表时间: 2021-02
• 期刊: Journal of Plant Growth Regulation
• 影响因子: 4.8
• 作者: Lamia Sakouhi;O. Kharbech;Marouane Ben Massoud;S. Munemasa;Y. Murata;A. Chaoui

Modulation of frequency and height of cytosolic calcium spikes by plasma membrane anion channels in guard cells

保卫细胞质膜阴离子通道调节胞浆钙尖峰的频率和高度

• DOI: 10.1093/bbb/zbab118
• 发表时间: 2021
• 期刊: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry
• 作者: Tahjib-Ul-Arif Md;Munemasa Shintaro;Nakamura Toshiyuki;Nakamura Yoshimasa;Murata Yoshiyuki
• 通讯作者: Murata Yoshiyuki

気孔開度の調節にかかわる孔辺細胞カルシウムイオンチャネルの機能解析

保卫细胞钙离子通道参与气孔开放调节的功能分析

• 发表时间: 2019
• 作者: Islam M;Ye W;Matsushima D;Mohammad Saidur Rhaman;Munemasa S;Okuma E;Nakamura Y;Biswas S;Mano J;Murata Y;三俣好令，宗正晋太郎，中村俊之，中村宜督，村田芳行;三俣好令，宗正晋太郎，中村俊之，中村宜督，村田芳行;三俣好令，宗正晋太郎，中村俊之，中村宜督，村田芳行;三俣好令，宗正晋太郎，中村俊之，中村宜督，村田芳行;宗正晋太郎，中村宜督，村田芳行
• 通讯作者: 宗正晋太郎，中村宜督，村田芳行

Calcium and ethylene glycol tetraacetic acid mitigate toxicity and alteration of gene expression associated with cadmium stress in chickpea (Cicer arietinum L.) shoots

• DOI: 10.1007/s00709-020-01605-x
• 发表时间: 2021-01
• 期刊: Protoplasma
• 影响因子: 2.9
• 作者: Lamia Sakouhi;O. Kharbech;Marouane Ben Massoud;C. Gharsallah;S. B. Hassine;S. Munemasa;Y. Murata;A. Chaoui

一次代謝物リンゴ酸による気孔開閉制御の分子機構の解析

初级代谢产物苹果酸调控气孔开闭的分子机制分析

• 发表时间: 2021
• 作者: Islam M;Ye W;Matsushima D;Mohammad Saidur Rhaman;Munemasa S;Okuma E;Nakamura Y;Biswas S;Mano J;Murata Y;三俣好令，宗正晋太郎，中村俊之，中村宜督，村田芳行;三俣好令，宗正晋太郎，中村俊之，中村宜督，村田芳行;三俣好令，宗正晋太郎，中村俊之，中村宜督，村田芳行;三俣好令，宗正晋太郎，中村俊之，中村宜督，村田芳行
• 通讯作者: 三俣好令，宗正晋太郎，中村俊之，中村宜督，村田芳行