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Miwa Kyoko

Faculty of Environmental Earth Science　Environmental Biology　Environmental Molecular BiologyProfessor
Office of Diversity Equity and InclusionProfessor

Researcher basic information

■ Degree
  • Ph.D. (Agriculture), The University of Tokyo
■ URL
researchmap URLホームページURL■ Various IDs
ORCID IDResearcher ID
  • JFB-3157-2023
J-Global ID■ Research Keywords and Fields
Research Keyword
  • 変異株
  • ホウ素
  • シロイヌナズナ
  • トランスポーター
  • 要求量
  • ペクチン
  • 植物細胞壁
  • ホウ酸
  • 遺伝子発現制御
  • ストレス耐性
  • 輸送体
  • 無機栄養
Research Field
  • Environmental Science/Agriculture Science, Environmental agriculture
  • Life Science, Plant nutrition and soil science
  • Life Science, Plant molecular biology and physiology
■ Educational Organization

Career

■ Career
Career
  • Apr. 2024 - Present
    Hokkaido University, Faculty of Environmental Earth Science, Professor
  • Apr. 2014 - Mar. 2024
    Hokkaido University, Faculty of Environmental Earth Science, Associate Professor
  • Aug. 2021 - Jul. 2023
    文部科学省学術調査官
  • Sep. 2009 - Mar. 2014
    Hokkaido University, Creative Research Institution, Assistant Professor
  • Apr. 2009 - Sep. 2009
    The University of Tokyo, Biotechnology Research Center, JSPS fellow
  • Apr. 2008 - Mar. 2009
    The University of Tokyo, Biotechnology Research Center, Postdoctoral research fellow
  • Apr. 2006 - Mar. 2008
    The University of Tokyo, Graduate School of Agricultural and Life Sciences, JSPS fellow
Educational Background
  • Apr. 2002 - Mar. 2007, The University of Tokyo, Graduate School of Agricultural and Life Sciences, Department of Biotechnology
  • Apr. 1998 - Mar. 2002, The University of Tokyo, Faculty of Agriculture, Major in Biological Chemistry

Research activity information

■ Papers
■ Other Activities and Achievements
■ Syllabus
  • 環境分子生物学特論Ⅱ, 2024年, 修士課程, 環境科学院
  • 分子生物学基礎論, 2024年, 修士課程, 環境科学院
  • 分子生物学基礎論, 2024年, 修士課程, 環境科学院
  • 細胞生物学概論, 2024年, 学士課程, 理学部
  • 科学・技術の世界（1単位）, 2024年, 学士課程, 全学教育
  • 国際交流Ⅱ, 2024年, 学士課程, 国際本部
  • 細胞生物学Ⅰ, 2024年, 学士課程, 理学部
  • 環境分子生物学, 2024年, 学士課程, 理学部
  • 環境生物学Ⅰc, 2024年, 学士課程, 理学部
  • 生物学Ⅰ, 2024年, 学士課程, 全学教育
  • ISP生物科学実習Ⅱ・a, 2024年, 学士課程, 理学部
  • ISP生物科学実習Ⅱ・b, 2024年, 学士課程, 理学部
  • 環境生物学実習, 2024年, 学士課程, 理学部
  • 環境生物学Ⅰ, 2024年, 学士課程, 理学部
■ Affiliated academic society
  • 日本植物生理学会
  • 日本土壌肥料学会
  • 日本農芸化学会
■ Research Themes
  • Studies on low nutrient tolerance through translational regulation
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2024 - 31 Mar. 2029
    藤原 徹; 三輪 京子
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), The University of Tokyo, 24H00498
  • コドンと翻訳装置の最適化による育種技術の開発
    ALCA-Next（グリーンバイオテクノロジー）
    Sep. 2024 - Mar. 2028
    科学技術振興機構
  • Verifying the hypothesis of chromatin platform construction by boron in plants
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    30 Jun. 2023 - 31 Mar. 2025
    坂本 卓也; 浦口 晋平; 三輪 京子
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory), Kanagawa University, 23K17997
  • Studying co-evolution of flowering time diversification and delayed fertilization in Fagaceae
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
    05 Apr. 2021 - 31 Mar. 2025
    佐竹 暁子; 金岡 雅浩; 三輪 京子
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), Kyushu University, 21H04781
  • Study on the mechanism of nutrient recognition and coordination of nutrient response in plants
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
    26 Jun. 2019 - 31 Mar. 2024
    藤原 徹; 三輪 京子; 高野 順平
    本研究は植物細胞の３つの異なる場での植物の栄養感知機構の解明とその下流で起こる栄養適応現象を理解することを目的としている。
    細胞内については、栄養依存的に翻訳停止しているリボソームの構造解析結果をもとに、リボソームが翻訳停止段階で本来起こるステップに進めなくなっていることが示唆された。また、栄養条件の変化に応じて翻訳レベルでの制御を受ける遺伝子の発現を指標に検索した変異株から原因となる候補遺伝子を見出した。この候補遺伝子は翻訳停止に伴って起こるmRNA分解に関与している可能性が示唆された。リボソームタンパク質の変異株の栄養条件に応じた生育異常の解析をさらに進め、栄養条件により生育の違いが見られるリボソーム遺伝子を同定し、その遺伝子の変異株におけるポリソームプロファイリングなどにより翻訳の状態を検討したところ、モノソームとポリソームの比率に変化が見られるなどしている。また、翻訳制御をRibosome sequencing法によってゲノムワイドに解析したところ、栄養条件により翻訳制御を受ける遺伝子やなどが見出されるとともに、栄養条件によって幅広い遺伝子の翻訳停止に影響が及ぶ可能性が示唆された。栄養条件は個別の遺伝子の翻訳に影響を及ぼすだけでなく、細胞の翻訳の各段階に異なる影響を幅広い遺伝子に対してもたらしている新たな知見につながると考えられる。
    細胞膜については、細胞膜に局在するホウ素輸送体BOR1についてはBOR1がホウ素を感知している可能性を示唆する結果を得た。また、BOR1の硝酸による分解や、高親和性カリウム輸送体HAK5のカリウム依存的な分解について結果の取りまとめを進めた。
    細胞壁については、ホウ素欠乏での生育が野生型よりも優れた変異株の単離やその原因遺伝子の推定をさらに進め新規の遺伝子を見出すと共に、個別の変異株の細胞壁のペクチンの合成への関与について調査を進めた。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (S), The University of Tokyo, 19H05637
  • 植物細胞壁ペクチン生合成糖転移酵素の同定とペクチンの機能解明
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    01 Apr. 2019 - 31 Mar. 2024
    石水 毅; 三輪 京子
    植物細胞壁の主要成分のペクチンは、植物の生育に欠かせない多糖で、非常に複雑な構造をしている。その生合成には約30の糖転移酵素が関わると考えられている。しかし、ほとんどの糖転移酵素遺伝子が未同定なままで、ペクチンの機能解析も進んでいない。本研究では、ペクチンの構成多糖、ラムノガラクツロナンI（RG-I）およびラムノガラクツロナンII（RG-II）生合成に関わる糖転移酵素（ペクチンRG-I主鎖生合成ガラクツロン酸転移酵素、ペクチンRG-I側鎖生合成ガラクトース転移酵素、ペクチンRG-II側鎖アピオース転移酵素、ペクチンRG-II側鎖Kdo転移酵素など）に焦点を当て、それらの遺伝子を同定することを第一の目的とする。遺伝子同定した糖転移酵素について、遺伝子発現抑制変異体の解析によりペクチンの機能解明を行うこと目指す。2020年度は、このうち1つの酵素を対象に研究し、以下の成果を得た。
    ペクチンRG-I主鎖生合成ガラクツロン酸転移酵素の遺伝子を同定した。MUCI70という種子保護多糖の合成に関わることがわかっていた遺伝子があり、糖転移酵素様のアミノ酸配列を持っていること、既知のガラクツロン酸転移酵素に若干の相同性が見られたことから、この遺伝子に着目した。この遺伝子がコードするタンパク質を哺乳動物細胞HEK293F細胞にて発現させ、本酵素活性を検出した。この遺伝子は、当研究室が以前に同定したもう一つのRG-I主鎖生合成に関わるラムノース転移酵素と共発現していた。新規の糖転移酵素ファミリーに属するものであった。現在、この酵素の生化学的解析や他の糖転移酵素とのアミノ酸配列比較解析、他の糖転移酵素との共発現解析などを詳細に進め、ペクチンRG-I生合成における役割を明らかにする実験を行なっている。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 立命館大学, 19H03252
  • 周囲環境応答としての植物成長特性の力学的最適化の柔軟性
    科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型)
    29 Jun. 2018 - 31 Mar. 2023
    藤原 徹; 三輪 京子
    植物は栄養条件に応じて成長のパターンを変化させる。植物の根は栄養の獲得と併せて地上部を支え水分を吸収する役割があり、このような栄養に応じた成長パターン変化は根の持つ様々な機能の発現の中で起こるものと考えられ。本研究は植物の栄養や水分環境に対する応答について分子遺伝学的解析に加えて植物組織や細胞の力学的な側面からの理解を深め、これらの解析を統合することを通じて、植物が持つ環境に応じた応答能力の力学的な構造を理解し、新たなモジュール構造等を提案することを目的として進めている。
    本年度の研究実績を列挙する。植物の栄養条件に応じた応答研究としては、昨年度までの研究で見出した栄養条件に応じた根の成長パターン変化についての通常の株と異なるパターンを示す変異候補株について、その表現型を確認し、交配などを進め原因となる遺伝子を推定することができた。栄養に対する屈性現象と水分屈性や重力屈性との関連を調べるために、根に栄養濃度の勾配と水ポテンシャル勾配の両方を与えて挙動を調べたところ、水分屈性を示す条件では栄養に対する応答が弱くなる傾向が見出された。また側根のタイプによる応答の違いも見られた。根の力学的な測定系については、樹脂製の細い柱の間に根を伸長させて柱の変位をもとに根のヤング率を測定することができるようになり、栄養条件や変異による影響を調査した。力学的刺激に対する植物の応答を見るために、ポプラを毎日５分間振動させ成長に及ぼす影響を見たところ、刺激を与えた場合の方が太い根が増える傾向がみられた。
    日本学術振興会, 新学術領域研究(研究領域提案型), 東京大学, 18H05490
  • A possible role of boron on vitamin B6 metabolism in organisms
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    29 Jun. 2018 - 31 Mar. 2021
    MIWA Kyoko
    Boron is an essential trace element for plants and one proven physiological role is crosslinking of the pectic polysaccharides in plant cell walls. Recently increasing reports have suggested that boron is also useful for microorganisms and animals, supporting another physiological function of boron than plant cell wall. This study aimed to explore a novel function of boron in organisms and revealed that application of high levels of boric acid rescued growth reduction in Arabidopsis mutants of vitamin B6 synthesis and metabolism. This result suggests a possibility that boron in plants can affect vitamin B6 synthesis and metabolism and/or the pathways that require vitamin B6.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory), Hokkaido University, 18K19160
  • 植物体内のホウ素要求量を低下させる分子基盤
    科学研究費補助金（若手研究(A)）
    Apr. 2016 - Mar. 2020
    三輪 京子
    文部科学省, Principal investigator, Competitive research funding
  • Homeostasis of Plant Mineral Nutrients and Growth-Modeling of Overall Regulation
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    31 May 2013 - 31 Mar. 2018
    FUJIWARA TORU
    Several genes required for mineral nutrient homeostasis have been identified and characterized. Through the analysis, importance of cell wall, RNA metabolism and translational control are demonstrated. Ribosome-RNA complex are shown to recognize cytoplasmic nutrient concentration on the AUGUAA sequence and this recognition reads to mRNA degradation and transcriptional regulation. Genome-wide regulation of translational regulation in response to mineral nutrient conditions have been revealed. Two-dimensional and dynamic models of nutrient transport have been constructed and predicted outcome has in part been experimentally confirmed. These modeling analysis demonstrated the importance of root zones in nutrient transport to shoots and root growth, also importance of swift regulation of transporters in maintaining nutrient flow in roots.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (S), The University of Tokyo, 25221202
  • ペクチンのホウ酸架橋による細胞伸長の制御
    科学研究費補助金(新学術領域研究(研究領域提案型))
    2015 - 2016
    三輪 京子
    植物の一次細胞壁に存在するペクチン質多糖ラムノガラクツロナンII（RG-II）は、ホウ酸によって分子間架橋される。この架橋を介して形成されるペクチンネットワークが細胞接着や伸長に必須である。本研究では、RG-II架橋率低下による細胞伸長の抑制の分子機構の解明を目指し、本過程に必要な分子の同定を目標とした。RG-IIのホウ酸架橋率の低下で根の細胞伸長が抑制されるホウ酸欠乏環境において、主根伸長の抑制が緩和されたシロイヌナズナ変異株の原因遺伝子の同定と生理学的な解析を行った。
    前年度までに、原因変異のひとつが、真核生物に広く保存された機能未知タンパク質の機能欠損・発現抑制であることを明らかにした。本変異株の細胞壁のホウ素濃度を測定したところ根・地上部ともに低下していた。細胞壁中のRG-II特異的な糖であるKDO量も低下する予備的な結果を得た。ホウ酸によるRG-IIの相対的架橋率を測定したところ、本変異株では増加または野生型株と同等の値を示した。変異株探索で得られたペクチン主鎖の合成を担う酵素をコードすると予想される遺伝子破壊株においても同様に、細胞壁中のホウ素濃度とKDO量の低下およびRG-II架橋率の維持が観察された。
    この現象は、RG-II量の減少によって、少ないホウ素量でRG-IIの架橋率が維持できるようになり、結果として低ホウ酸条件下において根で細胞伸長抑制の緩和が起こったと考察された。この結果は、ホウ素欠乏で起こる細胞伸長の抑制は、「ホウ酸架橋されたRG-IIの絶対量の減少」ではなく、「ホウ酸架橋されたRG-IIの相対的な減少」で起こされることが考察され、架橋されていない単量体RG-II量が細胞伸長の制御に関わる仮説が導かれた。
    加えて、本研究でペクチン合成に関与する新たな遺伝子の同定をし、本変異株探索によって細胞壁合成遺伝子の効率的な同定が可能であることを示した。
    文部科学省, 新学術領域研究(研究領域提案型), 北海道大学, Principal investigator, Competitive research funding, 15H01222
  • 細胞伸長を制御するホウ酸によるペクチン架橋の形成
    科学研究費補助金(新学術領域研究(研究領域提案型))
    2013 - 2014
    三輪 京子
    植物の一次細胞壁に存在するペクチン質多糖ラムノガラクツロナンII（RG-II）はホウ酸で分子間架橋されており、接着成分として細胞伸長に必須である。ホウ酸架橋されたRG-IIが細胞壁の成分であることに加え、情報分子として植物の成長を制御する可能性が示唆されている。本研究では、「RG-II架橋率の低下がホウ素欠乏を表す指標となり、積極的な応答として成長を抑制する」仮説の検証を目指し、RG-IIのホウ酸架橋による成長の制御の分子機構の解明を目的とした。
    まず、ホウ酸欠乏下での主根伸長抑制が緩和・解除された「ホウ酸欠乏低感受性シロイヌナズナ変異株」を探索・単離した。EMS処理したCol-0を用い、1万2400のM2種子から22系統を単離した。原因変異のひとつが、真核生物に広く保存された機能未知のゴルジ体局在の膜タンパク質の機能欠損・発現低下であることを見出した。この変異株はペクチン修飾酵素であるPMEの阻害剤EGCGに対する感受性の低下を示し、細胞壁の構造変化に対する感受性が低下していると考察された。この結果は、ホウ素欠乏条件下において、細胞壁の構造異常に応答して根の伸長を抑制する正の因子を同定した成果と考えられた。加えて、その他の変異株の原因変異としてペクチン合成を担うと予想される酵素遺伝子群の機能欠損が見出された。架橋されたRG-IIの絶対量ではなく、相対的な架橋率が成長を決定する要因であると推察され、細胞壁構造変化が無機栄養特性の変化を起こすことが考察された。
    さらに、標準系統Col-0と比較してホウ酸欠乏下で主根伸長を示すシロイヌナズナのナチュラルアクセッション2系統の遺伝学解析を行ったところ、2系統でそれぞれ異なる領域に原因遺伝子がマップされた。系統によって独立かつ既知の遺伝子座とは異なる新規の遺伝子座がホウ素欠乏耐性を制御していることを明らかにした。
    文部科学省, 新学術領域研究(研究領域提案型), 北海道大学, Principal investigator, Competitive research funding, 25114502
  • 肥料有効利用型植物の作出基盤
    2011 - 2014
    三輪 京子
    植物バイオマス生産では、食糧生産と競合しないこと、省エネルギーで高生産することが必要です。本研究では食糧生産に適さない肥沃度の低い環境でも少ない施肥で、高い生産性を持つ植物の作出基盤づくりを目指します。生育に必要な栄養である窒素・リン・ホウ素に注目し、「葉の栄養濃度は低いが高いバイオマス量を示す」シロイヌナズナ変異株を単離し、植物の栄養の利用効率を向上させる新たな遺伝子資源の発掘に取り組みます。
    科学技術振興機構, 戦略的な研究開発の推進/戦略的創造研究推進事業/さきがけ, 11103615
  • Molecular mechanisms to reduce boron nutrient requirement in plants
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2012 - 2013
    MIWA Kyoko
    To increase the productivity of food and plant biomass in infertile soils, one effective solution is to develop plants which have high yields with little fertilizer input. The present research aimed to identify novel genes to reduce the requirement of boron, one of essential elements for plant growth. Multiple lines of Arabidopsis thaliana mutants were isolated, which exhibited better growth even though the boron concentrations in shoot tissues were decreased. Through genetic analysis, mutations were found in the genes for synthesis of cell wall polysaccharides, a boron binding site. This study demonstrates a novel strategy to identify genetic resources useful for reduction of nutrient requirement of plant growth for sustainable plant production.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research, Hokkaido University, Principal investigator, Competitive research funding, 24658059
  • Molecular mechanisms for borate crosslinking of pectic polysaccharides in plant cell walls
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2010 - 2012
    MIWA Kyoko
    Boron is one of essential elements for plants and boron deficiency reduces plant productivity. It has been already established that one major physiological role of boron is borate crosslinking of the specific polysaccharides in cell walls. However, molecular mechanisms underlying formation of this borate crosslinking in cell walls remains unknown. In the present study, molecules related to borate crosslinking of cell walls were identified in Arabidopsis, including a boron transporter which preferentially transports boron for efficient formation of borate cross-linked cell walls under low boron conditions.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Young Scientists (A), Hokkaido University, Principal investigator, Competitive research funding, 22688005
  • 植物の環境中の無機元素濃度に対する応答機構の解明と不良環境耐性植物の作出
    2009
    発芽した場所から移動することができない植物は、土壌中から生育に必要な無機元素を選択的に吸収し、毒性を持つ元素を排出する機構を進化の過程で発達させてきた。無機元素の輸送という視点から生物の環境応答機構の解明を目標としている。分子レベルでは、モデル植物シロイヌナズナを用いて応答の第一段階を担う「無機元素のセンサー」の同定を目指す。また、異なる土壌環境で生育してきた個体集団を対象として無機元素の環境応答を担う遺伝子の多様性を検証し、遺伝子レベルの知見を生態学・進化学へ結びつけた統合的な理解を試みる。加えて、上記の研究をもとに、無機元素輸送に重要な遺伝子の発現改変を通じて、不良な環境（無機栄養欠乏や過剰）に耐性な植物の作出に取り組む。
    Competitive research funding