カロテノイドは光合成に必須の化合物であり，全ての植物の緑色組織に一定量含まれ，その組成も植物を通して共通している．一方，花弁におけるカロテノイドは黄色花色の発現を担い，植物種によって全く蓄積していないものから高濃度に蓄積しているものまで様々で，その組成も植物により異なる．私たちは花弁のカロテノイド量を制御する機構，特に「白い花弁ではなぜカロテノイドを貯めないのか」という観点から，キクとアサガオを中心に研究を進めてきた．その結果，キク花弁では合成されたカロテノイドがカロテノイド酸化開裂酵素(CmCCD4a)により分解されることにより，白色が形成されることを明らかにした．一方，アサガオ花弁では，生合成酵素遺伝子の発現が抑えられていることを見いだした．これらの結果は，花弁におけるカロテノイド蓄積制御機構の多様性の一端を示しているものと考えられる．
黄色の花は自然界で最も多いと言われているが，科や属のレベルで黄色の花が含まれていないグループが多々ある．これらの植物がなぜカロテノイドを貯めないのかを明らかにすることは植物の代謝進化の観点から興味深いとともに，遺伝子組換えで黄色の花を作出するための有用な知見にもなる．現時点ではその多様性を示すには研究例が少ないが，今後さまざまな植物を材料に研究が進み，花の色が作られる多様なしくみが明らかになることを期待したい．

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高等植物の花色や紅葉にみられる赤色は、そのほとんどがアントシアニンにより発色されているのに対し、ナデシコ科、ザクロソウ科を除くナデシコ目ではアントシアニンは存在せず、その赤色は、ベタシアニンにより発色されている。高等植物界におけるアントシアニンとベタシアニンの分布は互いに排他的で両者が同一植物に共存する例は報告されていない。両赤色色素の高等植物界における排他的な分布は、古くより注目され、教科書にも採り上げられているが（Harborne 1996)、この事実に対する「なぜ」という問いに対してはまったく答えがなくmysteryとさえいわれている。
このうちベタシアニンの生合成については、これに関与する酵素群の実態をはじめとして、いまだ不明な点が多く残されているが、一方のアントシアニンに関しては、多くの植物の二次代謝産物のなかでも最も研究が進んでいるものの一つであり、生合成系の酵素群のほぼ全容が明らかにされ、現在では、その発現調節機構の詳細が分子レベルで解析されている。このような背景から、我々は、ナデシコ目植物のフラボノイド合成系に注目し、高等植物に普遍的に存在するアントシアニンが、ナデシコ目植物ではなぜ合成されないのかという問題について、分子生物学的な側面から解析を試みている。本講演では、最近の知見を中心に、比較ゲノムという視点から、アントシアニン合成の進化について考察する。

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花色をつかさどる色素の中で、植物界にもっとも広く分布し、多様な花色を生み出しているのはアントシアニンである。その分子種は多様な花色を反映するように、今までに報告されたものだけでも 1,000 種を超えるにもかかわらず、その基本骨格であるアグリコンは 6 種類である。この分子種の多様性は 6 種類のアグリコンが糖や有機酸でどのように修飾されるかによって生み出されており、花色の改変という応用の上においても、どのような機構で修飾がなされるのかを解明することが現在の課題となっている。糖および有機酸による修飾は細胞内で UDP-糖および有機酸-CoA を供与体として細胞質内の酵素によって行われると考えられてきた。しかし、近年、有機酸による修飾が細胞質内ではなく液胞内で有機酸-グルコースを供与体として起こることが明らかにされた。また我々のグループは、これまで UDP-糖を供与体としてアントシアニンに対する配糖化酵素活性の検出を行ってきたが、カーネーションにおける 5 位の配糖化およびデルフィニウムなどに見られる 7 位の配糖化酵素活性は検出されなかった。そこでカーネーション花弁から糖供与体の探索を行い、これを単離・精製することに成功した。さらにこれを用いて、その配糖化酵素の精製と遺伝子の単離を行った。本講演においては、これらの知見をまとめて新たなアントシアニンの修飾機構について紹介する。

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植物はアントシアニンの構造（B環の水酸基数や,メチル基・アシル基などによる修飾）、共存する化合物、液胞のpH、金属イオンなどを制御することによりその種に適した多彩な色の花を咲かせている。種によって合成するアントシアニンが遺伝的に決まっているため、たとえば、青や紫のバラ、カーネーション、キク（これらはデルフィニジンを生産しない）、真っ赤なリンドウ、アイリス（これらはペラルゴニジンを生産しない）は存在しない。
花色に大きな影響を与えるB環の水酸基数を決めているのはフラボノイド3’-水酸化酵素とフラボノイド3’, 5’-水酸化酵素である。これらの遺伝子を導入したり、発現を抑制したりすることにより、その植物が生産しないアントシアニンを合成することができる。目的のアントシアニンを蓄積させるためには、適切な宿主を選ぶ、ジヒドロフラボノール4-還元酵素（種により基質特異性が異なる）を共発現する、競合する経路を抑制するなどの工夫が必要であることが多い。デルフィニジンを蓄積し、花色が青く変化したバラ、カーネーションはすでに市販されている。また、ペラルゴニジンを蓄積し、鮮やかな赤い色を呈するペチュニア、タバコも報告されている。花色をもっと自在に変化させるためにはアントシアニンの修飾、液胞のpH制御、金属イオンの取込などを人為的に制御できるようになる必要がある。

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活性酸素種(ROS)は、光合成や呼吸等の過程で不可避的に生成されてしまう有害物質として、長年その消去系の研究に焦点が当てられてきた。しかし、最近になって動植物の双方で、ROSを積極的に生成する酵素の制御機構やシグナル伝達系などの研究が飛躍的に発展しつあり、多面的な生理現象にシグナル分子として重要な役割を果たすことが明らかになりつつある。ROSを積極的に生成する酵素の多様性は植物において特に顕著で、植物の研究が突破口となって、全生物界共通の原理が解明されることも期待されている。またこの分野の発展には、日本の研究グループの貢献も大きい。しかし、これまで植物分野において、こうした切り口で企画されたシンポジウムはほとんど開かれて来なかった。
本シンポジウムでは、まず動物分野における活性酸素シグナル研究を概観する。続いて、植物の積極的活性酸素種の生成に関与するNADPHオキシダーゼの活性制御機構、環境ストレス応答・感染防御応答などにおける意義、植物のさまざまな生理機能を司る活性酸素の下流のシグナル伝達機構などについて、多角的に議論し、活性酸素シグナル研究の将来を展望したい。

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Aerobes conduct high-level vital activities by means of energy metabolism that uses the chemical reactivity of molecular oxygen (oxidation-reduction: redox activity). Reactive oxygen species (ROS), reduced derivatives of molecular oxygen (e.g., superoxide, hydrogen peroxide), are produced during energy metabolism and infection defense processes in cells and tissues. ROS have been thought to be noxious agents that mediate oxygen toxicity (ROS toxicity theory). Several isoforms of ROS-producing enzymes, called Nox, the NADPH oxidase (and Duox), have been recognized. Expressed by many types of cells, these isoforms have not only antimicrobial actions but also other biological functions in various organisms. As a result of evolving ROS toxicology, it is now thought that ROS may play important roles in regulation of physiological cell signal transductions. In fact, in a wide variety of life science fields, the recognition of 'the physiological cell signaling functions of ROS' has greatly advanced. My talk will overview the ROS signaling occurring in mammalian systems, as a new paradigm evolving from the changing concept of ROS toxicity.

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Reactive oxygen species (ROS) are short-lived molecules produced through various cellular mechanisms. In stomatal guard cells, ROS function as second messengers to mediate abscisic acid (ABA) signaling. The phytohormone ABA plays an essential role in protection of plants from environmental stresses. Previously, we showed that two NADPH oxidases AtrbohD and AtrbohF are responsible for ABA-triggered ROS production in guard cells, ABA-activation of plasma membrane calcium channels, and ABA-induced stomatal closure in Arabidopsis. Our recent study unequivocally shows that two Arabidopsis MAPK genes, MPK9 and MPK12, act downstream of ROS in guard cell ABA signaling. MPK9 and MPK12 are highly and preferentially expressed in guard cells, positively regulate ABA- and calcium-activation of anion channels and ABA-induced stomatal closure. Further progress will be discussed.

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植物において活性酸素は、発生分化や免疫機構において重要な働きをしている。植物における活性酸素生成の制御については古くから研究が行われているが、最近になり、その制御に関して新しい知見が得られてきている。我々は、植物免疫における活性酸素生成の制御に注目して研究を行ってきた。植物がさまざまな病原体に感染すると、急速に強い活性酸素生成が誘導される。これは細胞膜上にあるNADPH oxidaseの活性化によって引き起こされる。植物のNADPH oxidaseは動物のNOXとは異なり、細胞質にあるN末に二つのEFハンドを持つ。最近我々は、ヒトの低分子GTPase Racと相同性を持つイネの低分子GTPase OsRac1がNADPH oxidaseの細胞質側に存在するN末と結合することを見つけている。さらにOsRac1とNADPH oxidase両方に結合し、活性酸素生成を制御するRACK1を同定している。つまり、OsRac1-NADPH oxidase-RACK1の3者からなる複合体が活性酸素生成に重要な働きを持つことが示唆されている。我々はバイオイメージングなどの手法を用いたOsRac1による活性酸素生成の制御についての新しい知見を紹介したい。

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植物の感染防御応答・環境ストレス応答や先端成長などの発生過程では、しばしば Ca²⁺の動員と、活性酸素種(ROS)の生成が同時に誘導される。植物の主要なROS生成酵素NADPH oxidaseの本体候補rbohのヒト培養細胞異種発現系を構築し、活性制御機構を解析した結果、ストレス応答に関与するAtrbohDや根毛の先端成長に関与するAtrbohCが、ROS生成活性を持ち、EF-hand領域へのCa²⁺の結合に伴う立体構造変化と自身のリン酸化により相乗的に活性化されることが明らかになった(Ogasawara et al. JBC 2008; Takeda et al.. Science 2008)。一方種々の植物細胞にROSにより活性化されるCa²⁺チャネルが存在し、ROSによりCa²⁺動員が誘導されることから、細胞質Ca²⁺濃度上昇と、ROS生成とが相互依存的な情報伝達ネットワークを形成し、ストレス応答、プログラム細胞死、先端成長等の多様な局面で、細胞の運命の決定に重要な役割を果たす可能性が考えられる。rbohタンパク質のROS生成活性、活性制御機構を網羅的に解析した結果について報告し、活性酸素種生成･Ca²⁺動員の制御機構とその生理的役割について考察する。

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Rapid production of reactive oxygen species (ROS) has been implicated in the regulation of innate immunity in plants. We found that two MAPK cascades, MEK2-SIPK and cytokinesis-related MEK1-NTF6, are involved in the induction of NbRBOHB (Respiratory Burst Oxidase Homolog B), an inducible form of the NADPH oxidase at the transcriptional level in Nicotiana benthamiana. In addition, we have isolated a potato calcium-dependent protein kinase (StCDPK5) that activates an NADPH oxidase StRBOHB by direct phosphorylation of its N-terminal region. The transgenic potato plants that carry a constitutively active StCDPK5 driven by a pathogen-inducible promoter of the potato showed high resistance to late blight pathogen Phytophthora infestans accompanied by HR-like cell death and H₂O₂ accumulation in the attacked cells. In contrast, these plants showed high susceptibility to early blight necrotrophic pathogen Alternaria solani, suggesting that oxidative burst confers high resistance to biotrophic pathogen, but high susceptibility to necrotrophic pathogen. We discuss roles of nitric oxide (NO) and ROS in basal defense against biotrophic and necrotrophic pathogens.

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Plants are continuously exposed to environmental changes in temperature, water and nutrient availability, oxygen and CO₂ levels, and light intensity, in order to make adaptive responses to the changes. Sometimes, herbivory and infection stresses may affect the adaptive mechanism, so that the resultant cellular redox change follows increases in levels of reactive oxygen species (ROS) and redox-buffering compounds. Such a redox unbalance will modify the redox status of the certain cellular components to modulate the function of the components. On the other hand, plants always generate ROS for the use of their growth. Thus, plant growth is strongly affected by biotic and abiotic stresses. Considering ROS signaling for adaptive responses and development, we must take into consideration the role of the tripeptide compound glutathione. Glutathione participates in cellular redox homeostasis, but it seem to have two different roles in ROS signaling. Here I will discuss what is common and different in ROS-dependent regulations for adaptive responses and development in view of glutathione's role.

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Bax inhibitor-1(BI-1), an endoplasmic reticulum membrane protein, is widely conserved cell death suppressor in plants and animals. The overexpression of Arabidopsis BI-1 (AtBI-1) suppresses the oxidative stress-induced plant cell death. To investigate the molecular mechanism of BI-1-medited cell death suppression, we identified BI-1 interactors from Arabidopsis. Calmodulin (CaM), a calcium signaling mediator, is a first identified BI-1 binding protein. The C-terminal region of AtBI-1 interacted with CaM, and such interaction was essential for the cell death suppression activity of AtBI-1. In addition, cytochrome b5 (Cb5), an electron transfer protein localized mainly in the ER membrane, was isolated as an interactor of AtBI-1. On the other hand, functional screening of yeast gene disruptant demonstrated that AtBI-1 required sphingolipid fatty acid 2-hydroxylase (FAH) for its cell death suppression activity. The BiFC and FRET analysis demonstrated interaction of AtCb5 and AtFAHs in plant cells, suggesting thatAtBI-1 interacts with AtFAHs via Cb5 in plant cells. These data indicates that lipid modification by BI-1 may be important to protect plant cells from oxidative stresses.

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ユビキチン-プロテアソームシステムは，生体内の特定の（標的）タンパク質を能動的に分解することによって，様々な生命現象の制御に働いている。高等植物において，標的タンパク質のポリユビキチン化に関わるユビキチンカスケードは，その基質特異性を担うユビキチンリガーゼ遺伝子が植物ゲノムの5％程度存在することが知られている。このことから，ユビキチンリガーゼの多様性は，植物の優れた環境適応能力の一翼を担うと信じられている。一方，プロテアソームは数十のサブユニットからなる巨大なプロテアーゼである。プロテアソームを構成する数十のサブユニットタンパク質は，単なる複合体の構造要素として機能するだけでなく，個別の機能をあわせもっている。本講演では，シロイヌナズナを例に，植物ユビキチン-プロテアソームシステムの概要について説明し，さらに当研究室で進めている「植物プロテアソームの新規機能解明」の観点から，細胞・器官サイズ制御や転写後調節について話題提供する。また，ユビキチン-プロテアソームシステムによる植物基幹代謝制御例についても報告する。

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26Sプロテアソームは選択的なタンパク質分解を担う巨大な細胞内装置であり、パートナーであるユビキチンと連携し、多様な生体反応を不可逆的に進める手段として様々な生命現象に不可欠な役割を果たしている。26Sプロテアソームは触媒部位である20Sプロテアソーム（CP）と活性調節部位19S複合体 (RP)が会合した約70個のサブユニットからなる多成分複合体である。近年、酵母を用いた解析や構造解析により、ユビキチン化タンパク質がどのようにプロテアソームにより分解されるか詳細な機構が明らかとなってきた。ユビキチン化タンパク質は複数のユビキチンレセプターによりプロテアソームに捕捉される。基質タンパク質部分はATPaseサブユニットにより解きほぐされ、20Sプロテアソーム内腔に送り込まれ分解される。その際ユビキチン鎖は脱ユビキチン化活性を有するサブユニットにより除去される。我々は試験管内において任意のタンパク質を異なる構造のユビキチン鎖で修飾する手法を確立し、26Sプロテアソームの各機能を解析した結果、いくつか新しい知見が得られたので報告したい。一方、26Sプロテアソームがどのように形成されるかというテーマも、タンパク質分解の完全性という視点からは非常に重要である。今回、19S RPの分子集合を支援するシャペロンタンパク質を同定し、19S RPの形成機構を明らかにしたので併せて報告したい。

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ユビキチン結合酵素(ubiquitin conjugating enzyme:UBE2)は、ユビキチンとチオエステル結合を形成し、直接またはユビキチンリガーゼ(ubiquitin ligase:E3)との結合を介して、標的タンパク質にユビキチンを転移する機能を持つ。UBE2はヒトや酵母などについて10種類以上のアイソフォームが存在し、それらは活性残基を含む約150残基のコアドメインを持つことが知られている。UBE2の立体構造は単独またはE3との複合体としての報告があり、原子レベルでのE3認識機構が解明されつつあるが、E3の選択性など不明な点が多い。特に、植物のUBE2に関する研究は報告が少ない。イネ完全長cDNAデータベースから、イネにも20種類を超えるUBE2アイソフォームが存在することがわかっている。我々は、アイソフォームの一つであるOsUBE2D がエリシター処理により誘導されるEL5タンパク質のRING-H2 finger型ドメインと2つのループとN末端で相互作用することを原子レベルで明らかにした。この情報に基づき、各UBE2のアミノ酸組成の詳細な解析を行った結果、各UBE2アイソフォーム間で特徴的なアミノ酸組成があることを明らかにした。本講演では、これら得られた結果を基に、UBE2タンパク質の構造と機能との相関について検討した結果について報告する。

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ユビキチンは生命現象の様々な機構を制御するタンパク質であり、膨大な数のタンパク質がユビキチン化制御を受けていると予測される。私たちはシロイヌナズナの芽生えとユリの葯を材料として、抗ユビキチン抗体(FK2)を用いたアフィニティー精製を行い、ユビキチン化関連因子(ユビキチン化タンパク質とそのタンパク質に直接相互作用している因子)の網羅的に同定した。シロイヌナズナの芽生えからは196種類がユビキチン関連因子として同定され、78種類がユビキチン化タンパク質として、残りの118種類がユビキチン化タンパク質と相互作用する因子として分類された。同定されたユビキチン化関連因子には代謝関連因子(23.0%)、ストレス応答因子(21.4%)、翻訳因子(16.8%)、輸送関連因子(6.7%)、細胞骨格関連因子(3.6%)、情報伝達因子(1.5%)などが含まれていた。ユリの葯からも同様に解析してユビキチン化関連因子を同定した。今回のシンポジウムでは、ユリの結果も含めてユビキチン化関連因子の網羅的解析について報告する。

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植物のE3の中でもF-BOXタンパク質は、植物で大きな遺伝子ファミリーを形成して、種々の生理現象に関わっていることが報告されている。シロイヌナズナでは、私達及び他の研究グループが約600のF-BOXタンパク質遺伝子を予測している。私達は、種々の生理現象に関与するF-BOXタンパク質の機能解析を進める研究素材として、シロイヌナズナからF-BOXタンパク質遺伝子の網羅的なクローニングを行った。現在までに約454のF-BOXタンパク質ORFを単離し、配列確認を行った後に、接合型のY2Hへ導入を行い、種々のタンパク質との相互作用を解析できるようF-BOXパネルを作成した。このF-BOXパネルを用いてシロイヌナズナに22種類存在するASK(Arabidopsis Skp1 homologs)との全相互作用解析を行った。約10,000の相互作用解析の結果、130のF-BOXタンパク質が有意にいずれかのASKと相互作用を示し、多くは、ASK1, ASK2, ASK11, ASK12との相互作用であったが、ASK3、ASK4に特異的に結合を示したF-BOXタンパク質群が存在した。これらの発現様式をマイクロアレイデータベースで比較してみるとともに発現様式が重なるか実際に生理的条件においても相互作用する可能性を検索した。
このF-BOXパネルは、任意のタンパク質の迅速なE3探索に有効である。

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重力屈性の初発となる相対的重力方向変化の認識は、重力感受細胞内のアミロプラストが重力方向に沈降することによるとするデンプン平衡石説が広く受け入れられている。平衡石という言葉は、静的な状態を連想させる。しかし私達は、シロイヌナズナ花茎の重力感受細胞内のアミロプラストは、細胞内を動き回りながらも重力方向に偏って存在すること、またその動態は細胞内の最も大きなオルガネラである液胞との物理的もしくは機能的な相互作用を大きく受けることを示してきた。また、アミロプラストのダイナミックな動態はアクチンフィラメント(AF)に依存しているが、重力方向への沈降に対してAFは負の影響を及ぼしている。つまりアミロプラストの重力方向への沈降は、柔軟な液胞構造やAFが介在する複雑な過程であると考えられる。アミロプラストの沈降は、重力受容の初発のイベントであるにも関わらず、アミロプラスト動態制御を担う分子実体についてはほとんど知られていない。重力屈性異常変異体の原因遺伝子として単離したSGR9は、表現型の解析からアミロプラスト動態制御に関わることが判った。SGR9はアミロプラスト上に局在するRING finger タンパク質であり、in vitroでユビキチンE3 ligase の活性を示した。生細胞イメージングの結果から、SGR9はアミロプラストとアクチン細胞骨格との相互作用を制御している可能性が示唆された。

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SUMO (Small Ubiquitin-like Modifier)は14kDaからなるタンパク質で、E1, E2, E3タンパク質によって基質タンパク質に結合する。真核生物におけるSUMO化修飾で、様々なタンパク質の機能調節が行われていることが明らかになりつつある。例えば、転写因子の活性調節、クロマチン再構築、核内局在の調節などである。植物においてもSUMO化機構が存在し、我々はシロイヌナズナにおけるSUMO E3 ligase (SIZ1)を同定した。siz1変異株を用いた研究からSIZ1を介したSUMO化は植物においてリン酸欠乏応答、低温、アブシジン酸、熱ストレス応答に重要な役割を果たすことが分かった。このうち低温ストレス下では低温耐性に重要な転写因子ICE1をSUMO化することにより、またアブシジン酸シグナルをABI5のSUMO化によって調節していることが明らかになった。今回のシンポジウムでは、植物SUMO化による環境ストレス応答機構の分子学的な研究について紹介する。

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植物の花成制御と形態形成にはMADS-box型転写制御遺伝子群や花成ホルモンとして考えられている FLOWERING LOCOS T (FT)遺伝子群が重要な役割を果たすことが知られている。トマトは中性植物であり、日長に関係なく花芽を形成して開花することから、長日植物であるシロイヌナズナや短日植物であるイネとは異なった花成制御機構をもっている可能性がある。また、トマトはモデル作物の1つとして注目され、大部分のゲノムDNA配列が公開されている (http://solgenomics.net/ およびhttp://www.kazusa.or.jp/tomato/)。トマトのモデル品種であるMicro-Tomは室内での栽培が可能であり、小型でライフサイクルが短い。さらに完全長cDNAクローンの配布およびデータベース化 (http://www.kazusa.or.jp/jsol/microtom) や突然変異体のリソースの整備が行われている。我々は、Micro-Tomを用いていくつかの花成制御と形態形成に関わる遺伝子に関して過剰発現する遺伝子組換えトマトを作出・解析している。本講演では、これらの解析結果について、最近の関連研究の動向と併せて紹介する。
本研究は、「植物機能を活用した高度モノ作り基盤技術開発」（経済産業省）プロジェクトの一課題として実施した。

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ACC合成酵素はエチレン生合成の律速段階を担っている。我々は傷害で誘導されるトマトACC合成酵素LeACS2を用いて、ACSの翻訳後制御機構について解析した。LeACS2は460番目のセリン残基がリン酸化されているので、このリン酸化を認識する抗体を調製して解析した結果、LeACS2は翻訳後直ちにリン酸化されることが明らかになった。またprotein kinase(PK)とphosphatase(PP)の阻害剤を取り込ませ、pulse/chase実験によりLeACS2の半減期を調べた結果、PK阻害剤により半減期が70分から45分に短くなり、逆にPP阻害剤により半減期が150分に伸びた。このことはリン酸化が酵素の安定化に関与していることを示している。抗リン酸化抗体を用いてLeACS2をリン酸化するPKを発現クローニングした結果、CDPKが単離された。調べた3種類のCDPKアイソザイムはいずれもLeACS2をリン酸化する能力を保持していた。一方、LeACS2はCDPKだけではなくMAPKによってもリン酸化される部位を持つことがわかっている。Phos-tag アクリルアミドゲルを用いて解析した結果、LeACS2はCDPKとMAPKの両方によってリン酸化されていることが示唆された。MG132処理によってもLeACS2は蓄積する。これらを総合して、ACSの翻訳後制御機構について紹介する。

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Root-knot nematodes (RKNs) are a major parasite of plants, causing approximately 5% loss of total agriculture world-wide. RKN are sedentary endoparasites that establish a single permanent feeding site within plant roots as a juvenile, and then spend their whole remaining life-cycle at this single site. Due to the hidden nature of RKN, most current control methods use toxic chemicals to treat soil prior to sowing, which targets RKN during its brief free-moving stage. The development of safe and effective control methods requires understanding of how RKN induces a feeding site within host plants. Tomato is one agricultural crop affected by RKN. Based on increasing resources at the Tomato National BioResource Project, we have selected the tomato variety Micro-Tom as a model plant to study RKN infection. We have shown that RKN readily infects Micro-Tom and are studying early infection events using in vitro cultures. We have also initiated a forward genetics approach to identify host genes involved in RKN infection, and have identified several putative mutants from this screening. Lab home page: http://gotolab.cris.hokudai.ac.jp

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ウイルスはそれぞれ決まった範囲の宿主にのみ感染する．ウイルスがある生物種のどの個体にも感染できないとき，この生物種を非宿主とよぶ．ウイルスの宿主域がどのようにして決まっているのか，言い換えれば，非宿主植物になぜウイルスが感染できないかは，交配可能なウイルス感受性個体が存在しないために遺伝学的な解析を行うことができず，これまで不明であった．トマトモザイクウイルス（ToMV）抵抗性遺伝子Tm-1の産物は，ToMVの複製タンパク質に結合してその機能を阻害するユニークな働きをもつ．ToMV感受性トマトには対立遺伝子tm-1が存在するが，tm-1タンパク質はToMVの複製タンパク質と結合しないため，ToMVはtm-1をもつトマトに感染できる．ToMVと近縁のトバモウイルスであるタバコマイルドグリーンモザイクウイルス（TMGMV）は知られる限りどのトマト品種にも感染することができない．すなわちトマトはTMGMVの非宿主である．我々は，tm-1がTMGMVの複製を阻害し，これがTMGMVがトマトに感染できない一因となっていることを明らかにした．このことは，ウイルスが適応していない宿主生物にはウイルス因子と阻害的に相互作用する因子が存在し，ウイルスの宿主域を制限し得ること，逆に宿主に適応したウイルスはこのような阻害機構から逃れるように進化してきたことを示唆する．

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急速に技術が発達しているプロテオーム解析技術とトマトゲノムリソースを利用し、 葉緑体からクロモプラストへの分化に関与するタンパク質を同定するために、成熟段階の異なるマイクロトム果実(緑、黄、オレンジ、赤)よりプラスチドを単離し、タンパク質を同定し、各ステージのタンパク質を比較した。そこで、我々はクロモプラストに特異的なタンパク質を多数同定している。赤い果実のステージではカロテノイドや脂質に関係するタンパク質、ヒートショックタンパク質やリポカリンが多く蓄積しており、現在、それらの変異体をRNA干渉 法を用いて作成中である。
また、我々はショットガンプロテオミクスにより約440のプラスチドタンパク質を同定した。同定したクロモプラストタンパク質をジーンオントロジーによりグループ分けを行なった結果、生物学的プロセスでは、同定したタンパク質の約半分が“代謝プロセス”に関わっていることが分かり、次いで“刺激への応答”、“細胞内プロセス”などを含む事がわかった。
さらに、我々は白、黒やオレンジ色の果実を持つ変異体や栽培系統、成熟が途中で止まってしまうような変異体を集めている。それらのクロモプラストのプロテオームデータを野生型のマイクロトムの4つのステージのプロテオームデータと比較し、クロモプラスト分化や成熟、果実色に関与するタンパク質を同定したいと考えている。

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植物ステロイドの生合成経路は、シクロアルテノールを経由する経路 (シクロアルテノール経路) が唯一だと長年考えられてきた。しかし我々は、シロイヌナズナからラノステロール合成酵素遺伝子 (LAS1) を単離し、ラベルメバロン酸のトレーサー実験により、シクロアルテノール経路に加えて動物・酵母型であるラノステロールを経由する生合成経路 (ラノステロール経路) の存在を明らかにした。それではなぜ植物がラノステロール経路を持つのであろうか？ LAS1の発現は病傷害により誘導されることから、我々はこの経路が防御機構に関与するのではないかと推測している。トマトのステロイドアルカロイド配糖体であるトマチンは防御物質として知られている。トマチンは、ステロールから生合成されると考えられているがその詳細はわかっていない。我々は、トマトのモデル植物Micro-Tomを用いてトマチン生合成遺伝子の単離・同定に向けた研究を開始した。まず、ラベルメバロン酸のトレーサー実験により、トマトにおいてもラノステロール経路が存在することを確認した。現在、TLCを用いたトマチン含量の簡易的分析法を確立し、EMS変異誘発系統のスクリーニングを行っている。本シンポジウムでは、トマトを用いた代謝研究の可能性について議論したい。

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ルーピンやヤマモガシ科など一部の植物は貧栄養条件下で生育する場合、クラスター根とよばれる特殊な形状の根を形成する。クラスター根は二次根の特定の位置に形成されるブラシ状の小根の集団であり、表面積の拡大と根分泌物を爆発的に増加することで養分吸収能を高める組織として発達したものと考えられている。クラスター根の形成は特にリン欠乏時に顕著に増加し、土壌中の未利用リンの獲得に寄与している。ルーピンの場合、成熟したクラスター根ではクエン酸の分泌量が顕著に高まり、そのキレート能によって難溶性無機態リンを溶解してリン酸を放出する。クエン酸は微生物による分解を受けやすい化合物であるが、根圏土壌の酸性化や抗菌性物質の分泌によりその分解から逃れていることが示唆されている。また、酸性ホスファターゼ(APase)の分泌して有機態リンを分解し、無機態リンを放出する能力も高まる。クラスター根圏土壌のAPaseの主要な活性は根分泌物に由来し、微生物の寄与は低いことが示された。この根分泌性APaseの至適pHは4.3と極めて低い。このことはAPaseが多量に分泌されるクラスター根圏土壌が酸性化されてクエン酸が保護されることと矛盾しない。土壌中では無機態のみならず有機態リンも難溶性となりやすいことから、クラスター根においてAPaseと同時にクエン酸の分泌量が高まることは有機態リンの分解においても重要であると考えられる。

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アーバスキュラー菌根(AM)菌は4億年以上も植物と共生してきた真菌類である。AM菌は、外生菌糸によりリン酸をはじめとする無機養分を土壌から吸収して植物に与え、見返りに光合成産物を宿主植物から受けとる。この栄養授受に中心的な役割を果たすのが、AM菌が植物皮層細胞内で形成する樹枝状体であり、それを囲み植物細胞膜と連なるペリアーバスキュラー膜である。私たちはイネとダイズにおける菌根経由の養分吸収機構を研究している。イネゲノムにコードされる菌根誘導型リン酸トランスポーターOsPT11とGFPとの融合タンパク質を自身のプロモーター制御下に発現する形質転換イネを作成し、独自に開発した簡便な装置を用いて生きたままの菌根におけるin planta蛍光を初めて顕微鏡観察した。その結果、OsPT11は樹枝状体近傍のペリアーバスキュラー膜にのみ局在していること、樹枝状体が崩壊するときには非常な短時間のうちに急速な収縮が起こること、樹枝状体の生成や崩壊は細胞自立的に進められることなどが明らかになった。一方、ダイズからは3分子種の菌根誘導型リン酸トランスポーターをコードする植物遺伝子を初めて同定した。そのうちGmPT10, GmPT11は他の植物の菌根誘導型リン酸トランスポーターとよく似ていたが、GmPT7はそれらとは異なる機能も合わせ持つようであった。これらの結果を踏まえて菌根共生の全体像を議論したい。

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Mineral starvation is though to reduce plant growth by reducing metabolic activity, however this might be an oversimplified view. By using the Arabidopsis natural variation we have identified a major QTL (LPR1 = Low Phosphate Response1), and its paralogue LPR2, that reduce the primary growth during phosphate stavation. The molecular origin of the LPR1 QTL is explained by the differential allelic expression of LPR1 in the root tip (1,2,3). Physical contact of the primary root tip with low-Pi medium is required to arrest root growth. These results provide strong evidences for the involvement of the root cap in sensing and/or responding to mineral deficiency. Our results suggest that when the root encounters a mineral-deficient zone, a signaling pathway restraining growth is triggered in the root tip. We are currently dissecting this signalling by various approaches including classical (4) and chemical genetics, microscopy, biochemistry (5,6) and new tools to manipulate phosphate flux in vivo.
1 Reymond et al. 2006. PCE, 2 Svistoonoff et al. 2007. Nature Genet., 3 Ticconi et al. 2009. PNAS, 4 Misson et al. 2004. PMB, 5 Misson et al. 2005. PNAS, 6 Hirsch et al. 2006. Biochimie

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リン酸は、植物の必須栄養素の一つだが、自然界において植物が利用できる無機リン酸の存在量は数マイクロMと限られている。そのため、植物は自然界の低リン酸環境に適応するための、様々な機構を発達させてきた。土壌における利用可能なオルト正リン酸を増加させ、取り込み活性を上げ、植物体内での転流を進め、さらに細胞内でのリン酸利用効率を上げるために代謝を変化させるとともに、次世代へのリンの受け渡しを進める。
本発表では、このうち、植物が土壌からリン酸を吸収する場合に、根系の構築をどのように制御しているか、取り入れたリン酸をどのように地上部の各細胞に分配するか、道管系から篩管系への移動の機構はどうなっているか、また、細胞内でどのようにリン酸を各オルガネラに分配するか、次世代へリンを受け渡すためのフィチン酸（イノシトール-6-リン酸）合成・蓄積機構がどのようになっているかについて、我々の研究を中心に主に生体膜の輸送機構に基づいて報告する。

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近年、蛍光プローブを用いたイメージング技術が大きく進展したものの、植物が必要とする明条件下には適用できず、また画像の定量的な解析は極めて困難である。そこで、我々はこれらの問題点を持たないアイソトープイメージングに着目し、市販のβ線放出核種を用いる、リアルタイムイメージング装置を開発したので報告する。マクロ装置では植物の地上部には光を照射し、根は暗い状態となるよう、LEDを取り付けた試料箱を調製した。水耕液に32P-リン酸を添加し、水耕液中の根がどのようにリン酸を吸収し、地上に以降させるかを連続的に可視化させることに成功した。試料から放出されるβ線をシンチレータで光に変換し超高感度DDCカメラで画像として取得した。ダイズの根から吸収されたリン酸はまず、若い組織に選択的に以降すること、葉によっても葉脈に沿って以降する場合と葉脈間に蓄積が起こっている場合があることが判った。またダイズのサヤではサヤの下端にリン酸が蓄積し、サヤ中の種子にはほぼ均等に蓄積していくことが示された。またイネの場合には水耕液のみならず、土壌を通して根にリン酸が吸収されていく動態を可視化することができた。ミクロ装置では、蛍光顕微鏡に放射線測定口を取り付け、蛍光像と同時にβ線像も取得できるようにした。なお、両装置による分解能は今のところ約100μmである。

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植物の第二生育制限栄養素であるリンは、自然生態系では最も欠乏している栄養素である。これにはリンが難溶性化合物となりやすい化学的性質も深く関わっている。この不可給態化しやすい性質もあり、リンは効きが悪い肥料であり過剰施肥を招き易い。これらのことから、農業が最もリンを多量に消費する産業となっている。そのため、リン酸の獲得能力、利用効率を向上させた、低リン酸耐性植物をバイオテクノロジーにより作出することの意味は大きいと考えられる。実際、リン酸の利用効率を分子改良により向上させることは1990年代後半から実験植物で試みられ、実用植物への応用が期待できるレベルのものもある。実際、有機酸放出による無機態リンの可溶化や有機態リン酸の可溶化に関わる分子改良は、複数のモデル植物や作物である程度の効果が確認されている。この分野では、最近のトランスポーター研究の進展を反映したより高度な分子改良が可能になっていると考えられる。例えば、リンゴ酸やクエン酸の輸送タンパク質の分子が特定されるとともにその制御機構も解明されつつある。一方、より実用的な分子改良を想定すると、植物体のリンの利用効率を高めることや、微生物との相互作用を強化することなどが考えられる。その可能性と問題点を、最近の国内外の知見をもとに紹介する。

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数理モデルは、仮定とした条件が正しいときに「起こり得ること」と「絶対に起き得ない」こととを予測する。したがって、数理モデルからの予測によって想定すべき事柄を絞り込めると同時に、予測したデータと実測したデータとを比較することで仮定に盛り込んだ自分の仮説をテストすることができる。こうした数理モデルの利点を利用して、枝に付く葉へ均等に水が輸送されるメカニズムの解明に迫った。
高い生産を維持するためには、十分な量の水が根から移動して葉へ供給される必要がある。個体が大きくなる植物種では、葉の付いている位置によって水の移動距離は大きく異なる。移動距離が長いほど水は行き渡りにくくなるので、単純に考えれば、個体が大きくなるほど、また枝の先端の葉ほど水の供給が少なくなることになる。こうした枝内での水の移動量の偏りを防ぎ、均等な水の分配を可能にするメカニズムを、植物体内を水が拡散方程式に従って移動するという仮定に基づいた数理モデルから予測した。この結果、1) 輸送径路の側軸方向（葉や小枝）よりも主軸（幹や大枝）が十分に流れにくいことが重要である、2) 枝分かれの数が多いほど主軸と側軸の流れにくさに大きな差が必要になる、ことがわかった。
この予測を全長が10 mを越すクズのシュートを使って検証し、茎が非常に流れ易いことと同時に葉身が非常に流れにくいことが均等な水輸送に重要であることを明らかにした。

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植物の先端成長は遺伝・環境要因によって大きく変化し、その結果は細胞増殖と体積増大の違いとして現れる。私達は両者の複合的な関係をもとに先端成長パターンとその制御を明らかにするため、シロイヌナズナの根端成長を材料とした細胞動力学的解析を行ってきた。これは器官成長を「細胞の流れ」としてとらえる解析法であり、根端成長に適用すると根の任意の位置でどの程度細胞体積が増大し、細胞が増殖しているかが定量的に明らかとなる。さらに、こうして得られたデータについて、私達は独自に開発した数理モデルを用いた解析を行っている。このモデルは、器官の成長活動量がその器官の細胞数に比例すること、成長活動量が細胞増殖、体積増大、器官維持の総和となることを仮定したもので、簡潔な微分方程式で表される。方程式の係数からは、器官成長の各側面（細胞増殖、体積増大、器官維持）のコスト（効率）を見積もることができる。このような手法を用いてゲノムの倍数化が成長に及ぼす影響を解析し、2倍体から4倍体への倍数化に伴って細胞当たりの成長活動量が増大し、細胞増殖コストの上昇が起きていることを示唆する結果を得た。また、温度が成長に与える影響を解析し、低温では細胞増殖と体積増大の効率が低下していることを示した。本シンポジウムではこうした解析結果を紹介し、数理モデルを用いた細胞動力学的解析の有効性と問題点について検討する。

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多くの植物種では、開花量や種子量が著しく年変動し、個体間（ときには植物種間）で同調することが知られている。これは、温帯地域ではマスティング、熱帯地域では一斉開花とよばれ、古くから生態学者の興味を惹いてきた。これまでの生態学的研究では、低温や乾燥などの気象要因と資源量状態などの内的要因の両者が、マスティングの引き金となり得ることが指摘されている。しかし、開花量および結実量と気象要因の観測データのみを用いたアプローチでは、気象要因と内生要因がどのように統合され、最終的に花芽形成を引き起こすのか、その相対的重要性を検討できない。一方、近年、シロイヌナズナやイネなどのモデル植物を対象に、開花時期制御機構の分子レベルでの解明が急速に進んでいる。その結果、気温・乾燥ストレス・光などの環境要因と植物サイズ・齢といった内生要因が、花成関連遺伝子の発現を制御し、開花時期を左右する仕組みが、次々と明らかになってきた。
講演者は、こうした分子生物学で蓄積された知見を典型的なマスティング種であるブナに応用し、マスティングの分子機構を解明するプロジェクトを推進している。本講演では、このプロジェクトの数理的側面に焦点を当て、これまで開発された3つの数理モデル、1.資源収支モデル、2. 春化依存促進経路における開花制御の数理モデル、3. エピジェネティック制御の数理モデル、を紹介する。

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植物を構成しているほぼ全ての細胞が、自律した概日リズムを形成し、物質拡散などを利用して相互作用している。したがって、植物システムを自律振動する素子（概日振動子）が無数結合した結合振動子系と見なすことができる。結合振動子系は、システム全体を自律的に統制し、様々な時間的、空間的な秩序構造（時空間パターン）を自己組織的に形成する。この振る舞いは、結合振動子モデルで記述することができる。
本発表では、まず時計遺伝子CCA1のプロモーターにルシフェラーゼ遺伝子を導入した形質転換シロイヌナズナCCA1::LUCを用いた概日時計の時空間ダイナミクスの実験について説明する。葉では、細胞集団の同期現象に由来する位相波や、複数のスパイラル波の同時発生なども観察される。興味深いことにこの位相波は葉脈の部分で遅れて伝播する傾向があり、葉脈という形態情報とリンクしている。ここではこれらの時空間ダイナミクスを再現する数理モデルの紹介と、時空間ダイナミクスの数理科学的研究によって見えてくる<植物システムの創発原理>について議論する。

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葉の発生過程はつきつめれば、細胞の分裂と伸長、2つの要素に抽象化できる。これら2つのふるまいを理解できれば、葉の形態の制御や多様性、変異体等の理解・評価につながることは明らかである。実際の葉において分裂・伸長活性をみると、発生過程を通して時空間的に、連続的に変化する勾配が存在する。葉の発生研究において、この特性は古くから障壁となっている。たとえば、切片観察等から実験的に得られるデータは細胞数、細胞サイズ等に限られる。ここで、サイズと数は強い相関関係を持つため（分裂するとサイズも減る）2つの活性を独立して推定することができない。また、直接計測するには発生過程を通しての観察が技術的に困難であり、報告例も知る限りない。すなわち分裂活性と伸長活性の変化を定量的に捉えられていないというのが現状である。この問題に対し我々は、Free Dirichlet モデル（Graner and Sawada 1993）をベースにした計算モデルによるアプローチを試みている。計算機上に表現した「切り欠きのある円」のような細胞は、輪郭を変えてサイズ変化をおこすと同時に、周囲の細胞群を移動させる。細胞は分裂が可能であり、2つの娘細胞の輪郭が母細胞の輪郭に近づくように設計した。計算機上では個々の細胞の分裂・伸長活性を独立に変更する事が可能であり、シミュレーションが可能になったので紹介する。

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生物におけるパターン形成は通常、遺伝子やタンパク質などの分子的因子間の相互作用およびそれらの空間的な拡散により引き起こされる。近年分子レベルでの知見が多く蓄積されてきており、それに基づいた数理モデル解析も増えてきている。本講演では、植物におけるパターン形成の数理モデル解析の例として、葉脈と茎頂分裂組織（SAM）について紹介する。
植物の葉脈パターンは非常に多様性に富んでおり、例えば羽状パターン、分岐パターン、放射パターン、平行脈パターンなどが知られている。維管束形成には植物ホルモンauxinとその輸送体PIN1との相互制御が重要であると考えられている。そこでauxin-PIN1ダイナミクスの数理モデルの構築・解析を行うことにより、葉脈パターンの再現およびその多様性の理解を試みた。
一方、SAMは活発に細胞分裂しているにも関わらず、通常ほぼ一定の大きさを保ち続ける。シロイヌナズナclv変異体ではSAMが巨大化し、しばしば茎の帯化や二叉分岐が見られる。一方wus変異体ではSAMの活性が低下するものの、長期間の培養により異所的なシュートが多数形成されてくる。SAMの形成・維持に関してはWUSとCLVの相互制御が重要である事が知られている。そこでWUS-CLVダイナミクスを取り込んだモデルを構築・解析することにより、野生型や変異体のSAMパターニングの再現および理解を試みた。

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Stomata regulate carbon dioxide uptake and transpirational water loss rates upon environmental fluctuation. The plant hormone abscisic acid (ABA) and methyljasmonate (MeJA) induce stomatal closure under drought and biological stresses, respectively. In Arabidopsis, several genetic factors involving in ABA and MeJA signaling pathways in guard cells have been identified, such as protein phosphatase components ABI1, ABI2 and RCN1, and protein kinases OST1 and CDPKs. In order to understand the signal integration process in guard cells, signal events (reactive oxygen species generation, Ca²⁺ and anion channel activation) were examined in the mutants defective in such signaling components. Our results depict the outline of early signal integration in ABA and MeJA signaling in guard cells.

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The plant hormone ABA induces rapid stomatal closure and regulates gene expression to orchestrate adaptive response to drought stress. In Arabidopsis thaliana, genetic evidences have revealed that Protein Phosphatase 2C (PP2C) and Snf1-Related Kinases 2 (SnRK2) including OST1 play prominent roles in ABA signaling.
Starting with a protein phosphatase substrate profiling strategy, we have identified the activation loop of the ABA-activated SnRK2 kinase OST1 as a substrate of the PP2Cs HAB1, ABI1 and ABI2 involved in ABA signaling. Together with the recent studies on the ABA receptors of the PYL/RCAR protein family, our results indicate that SnRK2 kinases are activated very early in ABA signaling through the inhibition of PP2Cs by the PYL/RCAR-ABA complex.
To identify downstream elements of ABA signaling, we performed a bioinformatic screen using the substrate preferences of the OST1 kinase. This screen revealed several putative OST1 substrates including the NADPH oxidase AtRBOHF and transcription factors of the ABF/AREB family.
Together, our results suggest a relatively straightforward architecture of ABA signaling to regulate stomatal closure and gene expression in plants.

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The phytohormone abscisic acid (ABA) regulates diverse cellular processes including modulation of seed dormancy, seed maturation, stomatal movements, gene expression, and vegetative growth during plant development. Many studies have shown that protein de/phosphorylation is the major mechanism regulating ABA signaling in guard cells. We have identified two MAP kinase genes, MPK9 and MPK12, which are highly and preferentially expressed in guard cells. Our results show that MPK12 is activated by ABA and H2O2. Furthermore, our molecular genetic and cell biological data demonstrate that MPK9 and MPK12 have overlapping functions and act downstream of ROS to positively regulate guard cell ABA signaling. Using a biochemical approach, we show that the ABA-activated OST1 protein kinase physically interacts with and phosphorylates the NADPH oxidase AtrbohF, which is responsible for the production of reactive oxygen species (ROS) in response to ABA in order to mediate ABA signaling in guard cells. Further progress will be also discussed.

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Ozone is a secondary air pollutant known to induce programmed cell death (PCD) in plant at high concentration. We showed that O₃ induced the activation of plasma membrane anion channel which is an early prerequisite of this PCD in Arabidopsis thaliana cells. Our data further suggest interplay between anion channel activation, Ca²⁺ influx and ROS generation by NADPH-oxidase leading to PCD. This interplay might be fuelled by several ways in addition of direct ROS generation by O₃; namely; increase in anion channel activity by oxalate generated from ascorbate degradation by O₃ and H₂O₂ generation from apoplastic salicylic acid pool. Anion channel activation was also shown to promote the accumulation of transcripts encoding vacuolar processing enzymes, a family of proteases which contribute to the disruption of vacuole integrity during PCD. Collectively, our data indicate that anion efflux is an early key component to morphological and biochemical events involved in O₃-induced PCD.

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As a part of SAKURA program (a Japan-France collaborative research program), we conducted a survey on the historical corpus of sciences (especially that of botanical science) based on the literatures originated from Univ. Paris (Sorbonne), one of the world oldest Universities (establishment in 1211). The Sorbonne-derived botanical literatures re-collected in recent two years include a number of classical books, doctoral theses and journals (dated between 1815 and 1970). Most of them are now preserved in Japan and registered as the open-access sources for future analyses. In this presentation, some of very early works on the plant responses to environmental changes and plant-microbe interactions at the cellular level will be reviewed by showing the original literatures. In addition, recent evidences (obtained through molecular biological, biochemical and electro-physiological experiments) in support of historical views on plant sensing mechanism will be provided for discussion.

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気孔はシグナルとしての青色光に応答して開口する。この応答は気孔孔辺細胞の働きによって制御されており、青色光の受容からカリウムイオンの孔辺細胞内への取り込み・蓄積に至る光シグナルのイオン輸送への変換過程が含まれる。現在までに、青色光受容体としてのフォトトロピン、カリウム取り込みの通路となる内向き整流性のカリウムチャネル、このチャネルを活性化しカリウム輸送の駆動力を形成する細胞膜H+-ATPase、フォトトロピンからのシグナルをH+-ATPaseに伝達するタイプ1プロテインフォスファターゼの関与が解明されている。この過程はタンパク質のリン酸化・脱リン酸化によって強く制御を受け、その開始点として自己リン酸化活性を示すフォトトロピンが機能し、細胞膜H+-ATPaseはリン酸化によって活性化される。一方、この気孔開口過程には気孔閉鎖を誘発するアブシジン酸が干渉し、細胞膜H+-ATPaseの青色光によるリン酸化を阻害する事が明らかになっている。本講演では青色光による気孔開口に関与するタンパク質成分とその分子機構を紹介し、アブシジン酸の干渉作用について最新の知見を紹介する。

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ここ数年ABA受容体の研究は混乱していたが、昨年に可溶性のABA受容体（PYR/PYL/RCAR）が単離されたことで、ABAのシグナル伝達系の研究は急速な進展を見せている。この受容体は、ABA依存的にプロテインホスファターゼ（PP2C）の活性を阻害する性質がある。一方、我々は早くからABAシグナル伝達系とタンパク質のリン酸化に着目しており、SnRK2プロテインキナーゼやPP2Cの機能解析を進めてきた。今回、我々は(1) SnRK2がABAシグナル伝達の中心的な正の制御因子であること、(2) SnRK2とPP2Cが様々な組み合わせで相互作用すること、(3) PP2CがSnRK2を脱リン酸化することで活性化を抑制していること、等を一連の実験により証明した。以前、我々はSnRK2がABA応答性遺伝子発現の主要な転写因子であるAREB/ABFをリン酸化することを示しており、これによってABAのシグナル伝達経路は受容体から遺伝子発現まで（受容体→PP2C→SnRK2→bZIP）、一本の線でつながったことになる。さらに、我々はPP2Cのabi1-1型変異がSnRK2を常に脱リン酸化する優勢変異であることを実験的に証明し、長年の謎だったabi1-1変異体のABA非感受性のメカニズムを解明することに成功した。

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我々は、イネ変異体を用いてGAの受容とシグナル伝達に関する研究を行ってきた。GAの核内受容体であるGID1は、GAと結合すると抑制因子であるDELLAタンパク質と結合する。このGID1-GA-DELLA複合体形成は、SCF^GID2を介してDELLAタンパク質をユビキチン依存的分解へと導き、その結果としてGA応答がおこる。最近、我々はGID1の構造解析を行い、1）GID1は、リパーゼ様の構造をしており、その活性ポケットにあたる部分でGAと結合する、2）その結合には活性型GAに特徴的な基とGID1ポケットに存在する複数のアミノ酸が水素結合や疎水結合により結合する、3）シダから被子植物へと進化する過程で、活性型GAとより強く結合し不活性型GAとはより結合しにくくなった、などを明らかにした。
タンパク質分解の観点からのGA受容システムにおけるポイントは、GID1-GA-DELLA複合体形成依存的なDELLAタンパク質（標的タンパク質）とGID2（ユビキチン化因子）の相互作用である。現在、我々は、DELLAとGID2のアミノ酸を網羅的にアラニンに置換した変異型タンパク質を作りY3HやSPRにより両者の結合を詳細に調べるとともに形質転換体を用いてユビキチン依存的分解への影響を調べている。シンポジウムでは、これらの結果について報告する。

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多くの植物細胞は生長過程においてDNA複製と細胞分裂が交互に起きるMitotic cell cycleを経た後、細胞分裂を伴わずDNA複製のみ起こるEndocycleへと移行する。この細胞周期の切り替えは植物の生長を制御する重要な過程であるが、この移行に関するメカニズムは分かっていない。我々はHIGH PLOIDY2 (HPY2)というMMS21型のSUMO (Small ubiquitine-like modifier) E3 ligaseがシロイナズナのメリステムにおいて核内倍加周期への移行を抑制していることを解明した。SUMOはユビキチン様の小型タンパクであり、E3 ligaseを通じて種々の基質タンパクと結合し機能調節を行う。HPY2にはSUMO E3 ligaseの機能ドメインであるSP-RINGドメインが保存され、これがin vivo及びin vitroでのHPY2の機能に必要である。HPY2はメリステムで発現しており、hpy2変異体では細胞分裂周期の活性が低くメリステム細胞が通常よりも早く核内倍加周期に移行してしまうため、分裂組織が維持されず植物体全体が極度に矮小化してしまう。さらに、遺伝学的解析からオーキシン-PLETHORA (PLT1)経路による細胞周期の転換及びメリステムの維持過程においてHPY2によるSUMO 修飾制御が重要な役割を持つことが明らかとなった。

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Precise modulation of transcription plays a vital role in both development and the response to environment. Temporal activation or repression of specific genes is accompanied via a plethora of transcriptional regulators. However, relatively little is known about how the activities of these proteins are controlled. Recent findings indicate that post-translational modifications fine-tune the function of transcription regulators by affecting their localization, conformation or stability. The plant immune system lends itself particularly well to studies of transcriptional regulators as activation of the immunity is associated with rapid and dramatic reprogramming of the transcriptome. A case study of the plant immune coactivator NPR1, a key regulator of salicylic acid-mediated gene expression, illustrates that transcription regulator activity may be controlled by redox-based modifications of cysteine thiols, phosphorylation, and ubiquitinylation coupled to protein degradation. Importantly, cross-talk between distinct protein modifications may determine the spatial and temporal activity of transcription regulators that in turn profile the cellular transcriptome.

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分泌型ペプチドホルモンには，特有の翻訳後修飾やプロセシングなどによる構造の複雑化を伴うものが多いが，翻訳後修飾の種類や位置，およびプロセシングによって規定されるペプチド鎖長は，生理活性や受容体結合親和性に決定的な影響を与えている．これまで知られている分泌型ペプチドホルモンの翻訳後修飾には，チロシン硫酸化，プロリン水酸化およびアラビノシル化がある．チロシン硫酸化は，細胞増殖に関与するPSKおよびPSY1ペプチドに見られる翻訳後修飾であるが，最近この修飾に関与する酵素（tyrosylprotein sulfotransferase（TPST））が，ゴルジ体に局在する62 kDの膜タンパク質であることが明らかとなった．AtTPST 遺伝子破壊株では，根端メリステム活性の顕著な低下を伴った全身的な矮小化，維管束の形成不全，細胞老化の促進などが観察された．一方，プロリンのアラビノシル化は，3個のアラビノースがヒドロキシプロリンに付加する植物特有の翻訳後修飾であり，茎頂メリステム維持に関与するCLV3などのペプチドに見出されている．CLV3グリコペプチドは，30 nMでclv3-2株における茎頂メリステム肥大化の表現型を回復させるが，糖鎖を欠いた合成ペプチドの活性はかなり弱い．ペプチドホルモンの生理機能に必須なこれらの翻訳後修飾について，研究の現状と今後の展望を議論したい．

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Ralstonia solanacearum first invades intercellular spaces of roots where it multiplies before invading xylem vessels and producing exopolysaccharide (EPS), leading to wilt of the infected plant. R. solanacearum strain OE1-1 (OE1-1), which is pathogenic to tobacco, possessed hrp encoding the type III secretion system (T3SS), and its pathogenicity depended on interactions between the host plants and type III effectors. HrpB positively regulated expression of not only hrpbut also genes encoding exoproteins secreted through the type II secretion system (T2SS), such as an exo-polygalacturonase, PehC. A consortium of T2SS-secreted plant cell wall-degrading enzymes contributed to not only invasion of xylem vessels, leading to systemic infection, but also quantitative control of virulence. PhcA activated by quorum sensing in response to the bacterial cell density induces biosynthesis of EPS. Moreover, active PhcA also suppressed expression of the prhR/prhI operon, resulting in suppression of hrp expression. Therefore, R. solanacearum pathogenicity is globally regulated by mutual regulation by pathogenicity factors through multiplication of the bacteria.

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マメ科植物と根粒菌の間で相利共生が成立することは、病原体に対する宿主側の防御システムが根粒菌に対しては発動されないことを意味するように考えられがちである。すなわち、マメ科植物は、細胞内共生体である根粒菌を病原体と区別して認識する能力を持ち、その結果、親和性の根粒菌は防御システムによる攻撃に曝されることなく共生を成立させると考えられてきた。しかし、近年の研究成果は、マメ科植物は自然免疫や病原応答類似の手段により、根粒菌感染の中絶や窒素固定能力の低い根粒菌の排除を行っていることを示しつつある。これに対して、根粒菌は、活性酸素種（ROS）除去酵素の発現や膜成分を変動させることにより宿主からの攻撃を受動的に回避するか、菌体外へ多糖類や蛋白質を分泌することにより宿主の攻撃を積極的に抑制すると考えられている。私たちは、マメ科のモデル植物の一つであるミヤコグサの根粒菌Mesorhizobium loti MAFF303099株について、ROS除去酵素であるカタラーゼやSOD、膜タンパク質であるBacAや3型分泌系の変異体を作製し、共生形質を解析してきた。得られた結果の多くは、もう一つのマメ科のモデル植物であるタルウマゴヤシの根粒菌Sinorhizobium melilotiの相当する変異体と異なる形質を示し、2つのマメ科モデル植物の間で根粒菌に対する攻撃の程度が異なることを示唆した。

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