植物栄養の吸収と利用の恒常性維持機構の解明

阐明植物养分吸收和利用的稳态机制

基本信息

批准号：
18J01554
负责人：
植田佳明
金额：
$ 2.58万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

イネの窒素欠乏応答に関わるネットワークの中心部に位置するハブ転写因子に関する解析を進めた。昨年度の遺伝子共発現解析に加え、新たに機械学習による制御経路の推定を行い、それぞれのハブ転写因子の標的遺伝子を推定した。イネのプロトプラストを用いた一過的発現アッセイにより、推定された制御経路を検証したところ、複数のハブ転写因子が互いの発現に影響を及ぼすとともに自己の発現を抑制するという、極めて複雑な制御パターンが示唆された。ハブ転写因子の中から、RLI1、bZIP11とbZIP41を詳細な解析の標的とし、ゲノム編集を用いてこれらの遺伝子のノックアウト体を作製した。rli1変異体、bzip11/41二重変異体の両方において、窒素欠乏条件に応じた遺伝子発現パターンの変化が野生型に比べて弱まっており、これらの転写因子が植物体レベルでの正常な窒素欠乏応答に重要であることが明らかとなった。栄養応答の時系列パターンのの数理モデルに向けたデータの取得も実施した。硝酸輸送体をコードするNRT2.1遺伝子の抑制因子であるNIGT1転写因子の欠損、およびNRT2.1遺伝子のプロモーター上におけるNIGT1転写因子の結合配列の変異により、そのプロモーターの活性の時系列変化パターンが変化することを確認し、既に明らかにされた制御経路に基づく数理モデルから予測される結果と概ね一致した。その一方で、NIGT1転写因子のmRNAおよびタンパク質の不安定化によりNRT2.1遺伝子のプロモーター活性の時系列パターンに変化が生じるという知見が得られていたが、不安定化配列の付加による安定性の十分な変化は見いだされず、植物体を用いた検証実験が困難であると判断した。その一方で、NIGT1転写因子間の相互作用が、標的DNA配列の認識と適切な栄養応答の調節に重要であるという、当初予期しなかった結果が知見が得られた。

我们继续分析位于参与水稻缺氮反应的网络中心的枢纽转录因子。除了去年的基因共表达分析之外，我们还利用机器学习重新估计了调控通路，并估计了每个中枢转录因子的目标基因。当我们使用水稻原生质体进行瞬时表达测定来验证假定的调控途径时，我们发现了一种极其复杂的调控模式，其中多个中心转录因子相互影响表达并抑制自身表达。在中枢转录因子中，我们针对 RLI1、bZIP11 和 bZIP41 进行了详细分析，并使用基因组编辑对这些基因进行了敲除。在rli1突变体和bzip11/41双突变体中，与野生型相比，响应氮饥饿条件的基因表达模式的变化均减弱，表明这些转录因子是植物水平上正常氮饥饿的原因。显然这对于响应很重要。我们还获取了营养反应时间序列模式数学模型的数据。 NIGT1转录因子（编码硝酸盐转运蛋白的NRT2.1基因的阻遏蛋白）的缺失以及NRT2.1基因启动子上NIGT1转录因子的结合序列的突变导致时间序列的变化结果与基于已阐明的控制途径的数学模型预测的结果基本一致。另一方面，发现NIGT1转录因子的mRNA和蛋白质的不稳定引起了NRT2.1基因启动子活性的时间序列模式的变化，并确定没有发现足够的变化，并且确定使用了验证实验。植物会很困难。然而，研究人员发现了一个最初意想不到的发现，即 NIGT1 转录因子之间的相互作用对于识别目标 DNA 序列和调节适当的营养反应非常重要。

项目成果

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专利数量（0）

Roles of the NIGT1-Centered Transcriptional Cascade in the Regulation of Nitrate Uptake and Responses

以 NIGT1 为中心的转录级联在硝酸盐吸收和反应调节中的作用

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Mineko Konishi;Yoshiaki Ueda;Shuichi Yanagisawa
通讯作者：
Shuichi Yanagisawa

Nutrient uptake-based phenomics and transcriptomics analyses using diverse rice accessions

使用不同的水稻品种进行基于养分吸收的表型组学和转录组学分析

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
Ueda Yoshiaki;Kadota Koji;Tezuka Ayumi;Nagano J Atsushi;Kadowaki Taro;Kim Yonghyun;Miyao Mitsue;Yanagisawa Shuichi
通讯作者：
Yanagisawa Shuichi

Perception, transduction, and integration of nitrogen and phosphorus nutritional signals in the transcriptional regulatory network in plants