Constitutive chemical defense mechanism of inner bark of Sorbus commixta against Trametes versicolor
Masato Koyama, Kengo Shigetomi, Yutaka Tamai, Keita Arakawa, Yuzou Sano
Tree Physiology, 45, 2, Oxford University Press (OUP), 2025年01月13日, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, Abstract

Tree bark is a crucial tissue that defends tree stems from invasions by microorganisms. However, our understanding of the constitutive chemical defense mechanisms of the tree barks remains limited. Our group recently discovered that the inner bark of Sorbus commixta Hedl. exhibited potent inhibitory effects on the growth of the white-rot fungus, Trametes versicolor (Linnaeus) Lloyd. It was hypothesized that this growth suppression was due to hydrogen cyanide (HCN) originating from cyanogenic glycosides such as amygdalin and prunasin, which are secondary metabolites in the inner bark of S. commixta. To test this hypothesis, we first quantified the amygdalin content in the inner bark of S. commixta and evaluated the antifungal activity (AFA) of HCN against T. versicolor by placing paper discs on potato dextrose agar with T. versicolor. Subsequently, we identified HCN in the inner bark of S. commixta using a picric acid paper. In the AFA tests, the amygdalin + β-glucosidase solution, the potassium cyanide (KCN) + benzaldehyde solution and the KCN solution exhibited elevated AFA against T. versicolor. Conversely, the amygdalin solution, the β-glucosidase solution and the benzaldehyde solution did not exhibit significant AFA. These findings demonstrate that HCN acts as an antifungal agent against T. versicolor. Furthermore, HCN was detected in the freeze-dried inner bark pieces and the trunks of living S. commixta. This suggests that the disruption of the cells in the inner bark of S. commixta caused the cyanogenic glycosides and β-glucosidase to interact, which resulted in the hydrolysis of cyanogenic glycosides and generation of HCN. From the perspective of constitutive chemical defense mechanisms, HCN plays a crucial role in the high AFA of the inner bark of S. commixta against T. versicolor, creating an unfavorable environment for the growth of white-rot fungus after injury breaches the periderm.

植物粗抽出液の抗氷核活性(過冷却促進活性)による凍結傷害軽減の試み
荒川圭太, 工藤尚美, 鈴木伸吾, 鈴木伸吾, 高橋淳, 後藤高秋, 中澤佑哉, 福士幸治, 藤川清三
低温生物工学会誌, 69, 1, 1, 6, 2023年, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
日本語, 研究論文（学術雑誌）

A possibility of influence factors on winter physical damage of grapevines in a snowy vineyard
Y. Jitsuyama, Y. Kita, K. Arakawa, T. Suzuki
VITIS, 61, 4, 125, 132, 2022年
英語, 研究論文（学術雑誌）

Freezing resistance and behavior of winter buds and canes of wine grapes cultivated in northern Japan
Reiko Horiuchi, Keita Arakawa, Jun Kasuga, Takashi Suzuki, Yutaka Jitsuyama
Cryobiology, 101, 44, 51, Elsevier BV, 2021年08月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Cryo-plate法を用いた交雑ポプラ培養体の超低温保存技術の開発　　　　　　　　　　　　　　　
田中大介, 佐久間義範, 安井雅範, 川村浩平, 荒川圭太
低温生物工学会誌, 67, 1, 47, 51, 2021年04月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
日本語, 研究論文（学術雑誌）

カツラ樹皮由来の氷核活性物質に関する研究
古賀 泰雅, 鉄穴口 晃, 鈴木 伸吾, 重冨 顕吾, 荒川 圭太
低温生物工学会誌, 67, 2, 141, 145, 低温生物工学会, 2021年, ［査読有り］
日本語

Cryo-scanning electron microscopy reveals that supercooling of overwintering buds of freezing-resistant interspecific hybrid grape ‘Yamasachi’ is accompanied by partial dehydration
Jun Kasuga, Yusuke Tsumura, Daisuke Kondoh, Yukata Jitsuyama, Reiko Horiuchi, Keita Arakawa
Journal of Plant Physiology, 253, 153248, 153248, Elsevier BV, 2020年08月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Supercooling-promoting (Anti-ice nucleation) substances
Seizo Fujikawa, Chikako Kuwabara, Jun Kasuga, Keita Arakawa
Advances in Experimental Medicine and Biology, 1081, 289, 320, 2018年, ［査読有り］
英語, 論文集(書籍)内論文

Mechanism of overwintering in trees
Keita Arakawa, Jun Kasuga, Naoki Takata
Advances in Experimental Medicine and Biology, 1081, 129, 147, 2018年, ［査読有り］, ［筆頭著者］
英語, 論文集(書籍)内論文

Screening of plant resources with anti-ice nucleation activity for frost damage prevention.
Shingo Suzuki, Satoshi Fukuda, Yukiharu Fukushi, Keita Arakawa
Bioscience, biotechnology, and biochemistry, 81, 11, 2090, 2097, 2017年11月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］, ［国際誌］
英語, 研究論文（学術雑誌）

寒冷地樹木の耐寒性と過冷却促進物質について (特集 極限環境生物のストレス応答とその産業応用)
荒川 圭太
冷凍 = Refrigeration, 92, 1078, 547, 553, 日本冷凍空調学会, 2017年08月, ［責任著者］
日本語

Anti-Ice Nucleating Activity of Surfactants against Silver Iodide in Water-in-Oil Emulsions
Takaaki Inada, Toshie Koyama, Hiroyuki Tomita, Takuya Fuse, Chikako Kuwabara, Keita Arakawa, Seizo Fujikawa
JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B, 121, 27, 6580, 6587, 2017年07月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

過冷却促進（抗氷核）ポリフェノールによる 組換え氷核タンパク質の氷核活性阻害
出原 信大, 桑原 慎子, 鈴木 伸吾, 小髙 優子, 藤川 清三, 荒川 圭太
低温生物工学会誌, 63, 2, 155, 160, 低温生物工学会, 2017年, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
日本語, It is known that some polyphenols with anti-ice nucleation activity decrease freezing temperature of thesolution containing ice nucleators, resulting in maintenance of supercooling state of the solution for a longperiods. In the previous study, recombinant proteins of Erwinia ananas ice nucleation protein, inaA withhistidine-tag (His-inaA) were expressed in Escherichia coli cells and ice nucleation activity was detected inthe cell suspension. In the present study, the purification and the characterization of His-inaA proteins fromtransformed E. coli cells were done to study the mechanism of anti-ice nucleation of these polyphenols insolutions containing inaA. When the extracts of E. coli cells expressing His-inaA were fractionated intosoluble, membrane and inclusion body fractions, ice nucleation activities were detected in all three fractions.Then, His-inaA was purified from the soluble fraction by affinity column chromatography and ice nucleationactivity of the purified His-inaA fraction was detected. Further, it is confirmed that anti-ice nucleationactivity of polyphenols was detected in solutions containing His-inaA.

植物抽出物の過冷却促進活性の比較
鈴木 伸吾, 福田 怜, 福士 幸治, 荒川 圭太
低温生物工学会誌, 63, 1, 33, 36, 低温生物工学会, 2017年, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
日本語, Flavonol glycosides, which are a kind of flavonoid, are generally known as antioxidative substances andaccumulated in various plant species. Recent studies showed that some flavonol glycosides possess anti-icenucleation activities (or supercooling-facilitating activities), which results in the depression of freezingtemperatures of the solutions in the presence of ice nucleating substances such as Erwinia ananas and silveriodide. In this study, supercooling-facilitating activities in the crude extracts from leaves, which may includesupercooling-facilitating polyphenols, were compared among 65 plants (22 woody plants, 43 herbaceousplants) by droplet freezing assay using E. ananas as an ice nucleator. Relatively highsupercooling-facilitating activities (>2˚C) were detected in the crude extracts from 14 plants. Since it isexpected that the application of crude extracts with relatively high supercooling-facilitating activities mayprotect plant tissues from frost damages by ice-nucleating bacteria (Pseudomonas, Erwinia, etc.) on thesurface of the tissues at relatively high subzero temperatures (about -2 ~ -3˚C), further characterization wereexamined using crude extract of Sasa senanensis with relatively high supercooling-facilitating activity. Whenpartial purification was examined, the HPLC recovered fraction which may include flavone glycosides,which are also a kind of flavonoid, showed supercooing-facilitating activity.

ガラス化法による交雑ポプラの超低温保存
川村 浩平, 嘉見 大助, 鈴木 伸吾, 田中 大介, 藤川 清三, 荒川 圭太
低温生物工学会誌, 62, 2, 123, 126, 低温生物工学会, 2016年, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
日本語, The objective of this study is to establish a cryopreservation protocol for shoot apices of hybrid aspen (Populus tremula Å~ P. alba). Cryopreservation was carried out using a vitrification method on shoot apices excised from in vitro cultures. Excised shoot apices were precultured at 23oC for 2 days on hormone-free 1/2 MS medium with 0.4 M sucrose, then treated with liquid 1/2 MS medium supplemented with 0.4 M sucrose and 2.0 M glycerol (a loading solution) at 23oC for 30 min. Then shoot tips were treated with Plant Vitrification Solution 2 (PVS2) or PVS3 at 4oC for 90 min and plunged into liquid nitrogen for 1 hour. Following cryopreservation, they were rewarmed at 42oC for 2 min and washed in liquid 1/2 MS medium supplemented with 1.2 M sucrose at 23oC for 30 min. Survival rate was about 80% when shoot tips were treated with PVS2 for 90 min, however, regrowth rate after 3 weeks was about 20%.

大腸菌で発現させた氷核タンパク質inaAの氷核活性について
桑原 慎子, 鈴木 伸吾, 藤川 清三, 荒川 圭太
低温生物工学会誌, 61, 2, 131, 134, 低温生物工学会, 2015年, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
日本語, Some polyphenolic compounds isolated in xylem tissues of woody plant, Katsura tree, showed anti-ice nucleation (supercooling-facilitating) activity in a solution containing ice nucleator such as silver iodide or ice-nucleation bacterial cells, resulting in maintenance of a supercooling state of the solution for a long time and decline of freezing temperature of the solution. Levels of these supercooling-facilitating activities were dependent on types of both the polyphenolic compounds and ice-nucleators used in the assay solution. To study the mechanism of supercooling-facilitating activity by these polyphenolic compounds, characterization of ice-nucleators should be necessary in addition to these polyphenolic compounds resulting in decline of freezing temperature. In the present study, a gene of ice-nucleation inaA protein, of Erwinia ananas was cloned and recombinant inaA protein with histidine-tag was expressed in Escherichia coli cells for further characterization. Freezing temperature of a cell suspension culture of E. coli cells transformed with recombinant inaA gene was higher than that of E. coli cells transformed with recombinant lacZ gene with histidine-tag, a negative control sample, suggesting acquirement of ice-nucleation activity by expression of recombinant inaA gene in transformed E. coli cells.

Anti-ice nucleating activity of polyphenol compounds against silver iodide
Toshie Koyama, Takaaki Inada, Chikako Kuwabara, Keita Arakawa, Seizo Fujikawa
CRYOBIOLOGY, 69, 2, 223, 228, 2014年10月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Consideration of the reasons why dormant buds of trees have evolved extraorgan freezing as an adaptation for winter survival
Keita Endoh, Chikako Kuwabara, Keita Arakawa, Seizo Fujikawa
ENVIRONMENTAL AND EXPERIMENTAL BOTANY, 106, 52, 59, 2014年10月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Analysis of supercooling activities of surfactants
Chikako Kuwabara, Ryuji Terauchi, Hiroshi Tochigi, Hisao Takaoka, Keita Arakawa, Seizo Fujikawa
CRYOBIOLOGY, 69, 1, 10, 16, 2014年08月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

樹木の冬芽の自発休眠の解除期における可溶性タンパク質組成変化の分析
鈴木 伸吾, 高橋 大輔, 桑原 慎子, 上村 松生, 荒川 圭太
低温生物工学会誌, 60, 1, 59, 63, 低温生物工学会, 2014年, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
日本語, In this study, we analyzed soluble proteins in winter bud during endodormancy release. Endodormancy of winter buds of Salix bakko and Larix kaempferi was released clearly in early and late December, respectively. SDS-PAGE analysis showed that soluble protein composition of buds in each species hardly changed in a short period of endodormancy release. Proteome analysis using LC-MS/MS revealed compositional changes in soluble proteins in this period of endodormancy release. However, the proportion of soluble proteins whose levels were changed in this period was under 5% of all detected proteins in each species of winter buds, and the variation was small.

Analysis of supercooling activity of tannin-related polyphenols
Chikako Kuwabara, Donghui Wang, Keita Endoh, Yukiharu Fukushi, Keita Arakawa, Seizo Fujikawa
CRYOBIOLOGY, 67, 1, 40, 49, 2013年08月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Roles of cell walls and intracellular contents in supercooling capability of xylem parenchyma cells of boreal trees
Jun Kasuga, Keita Endoh, Megumi Yoshiba, Ippei Taido, Keita Arakawa, Matsuo Uemura, Seizo Fujikawa
PHYSIOLOGIA PLANTARUM, 148, 1, 25, 35, 2013年05月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Freezing behavior of cells in evergreen needle leaves of fir (Abies sachalinensis)
ENDOH Keita, FUJIKAWA Seizo, ARAKAWA Keita
低温生物工学会誌, 58, 2, 125, 134, 低温生物工学会, 2012年10月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, Freezing behavior of cells in evergreen needle leaves of fir was observed by cryo-scanning electron microscopy (cryo-SEM) to determine cellular responses to subzero temperatures. Freezing resistance of needle leaves increased from summer to winter, and needle leaves in winter showed a high survival rate after freezing to -30℃ at a cooling rate of 5℃/day. Cryo-SEM observation revealed that intracellular freezing occurred in cells of the epidermis, hypodermis, mesophyll and endodermis in summer needle leaves frozen to -30℃ at a rate of 0.2℃/min. However, extracellular freezing occurred in cells of all tissues in summer needle leaves by freezing to -30℃ at a rate of 5℃/day. In winter, all cells showed extracellular freezing by freezing to -30℃ at both rapid and slow cooling rates. The results suggest that cells in needle leaves of fir adapt to subzero temperatures by extracellular freezing with development of high resistance to freeze-induced dehydration during seasonal cold acclimation.

Freezing activities of flavonoids in solutions containing different ice nucleators
Chikako Kuwabara, Donghui Wang, Jun Kasuga, Yukiharu Fukushi, Keita Arakawa, Toshie Koyama, Takaaki Inada, Seizo Fujikawa
CRYOBIOLOGY, 64, 3, 279, 285, 2012年06月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Presence of supercooling-facilitating (anti-ice nucleation) hydrolyzable tannins in deep supercooling xylem parenchyma cells in Cercidiphyllum japonicum
Donghui Wang, Jun Kasuga, Chikako Kuwabara, Keita Endoh, Yukiharu Fukushi, Seizo Fujikawa, Keita Arakawa
PLANTA, 235, 4, 747, 759, 2012年04月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

種々判定法による過冷却促進(氷核形成阻害)物質の効果の検討
桑原 慎子, 王 東暉, 春日 純, 森若 元太, 荒川 圭太, 小山 寿恵, 稲田 孝明, 藤川 清三
低温生物工学会誌, 58, 1, 99, 103, 低温生物工学会, 2012年, ［査読有り］
日本語, Supercooling-facilitating (anti-ice nucleation) substances, which are several flavonol glycosides and hydrolyzable tannin, are found in xylem parenchyma cells in trees to keep a liquid state of intracellular water to -40℃ in winter. It is gradually discovered that other associated compounds also have supercooling-facilitating activity in the solution containing ice-nucleating bacteria, Erwinia ananas. These supercooling-facilitating substances are expected to be used in real world application. However, for their applications, judging the supercooling activity not only by standard droplet freezing assay in solutions containing different kinds of ice nucleators but also by more practical methods using a large volume of solutions under shaking may be required. In this study, we measured the supercooling-facilitating activity of several kinds of flavonol glycosides and tannins by droplet freezing assay in solutions with various ice nucleators and by shaking assay in bulk solutions. It was revealed that supercooling activity of substances tested in this study varied according to measurement condition, such as types of ice nucleator, volume of solution, concentration of substances and the presence or absence of shaking.

カツラ冬芽の細胞の凍結挙動
遠藤 圭太, 岡田 香織, 鈴木 伸吾, 藤川 清三, 荒川 圭太
低温生物工学会誌, 58, 2, 179, 184, 低温生物工学会, 2012年, ［査読有り］
日本語, Freezing behaviors of cells in dormant buds of katsura (Cercidiphyllum japonicum) tree were examined. Intact dormant buds showed high survival rates after freezing to -30℃ at a rate of 5℃/day (slow freezing). However, flower primordia isolated from dormant buds showed a remarkable decrease in survival rate after slow freezing to -10℃ in the presence of ice crystals adjacent to tissues, while isolated scales showed a high survival rate after slow freezing to -30℃. Katsura buds exhibited a typical pattern of extraorgan freezing, accumulation of large extracellular ice crystals within scale layers, by freezing to -30℃. Cryo-scanning electron microscopic analysis revealed that both extracellular freezing cells without freezable water in the cytoplasm and supercooling cells with freezable water in the cytoplasm of partially dehydrated cells are contained in primordial tissue and extracellular freezing cells existed in scales in dormant buds exhibiting extraorgan freezing. In isolated tissues, intracellular freezing occurred in about 50% of the cells of the flower primordia by freezing to -10℃, but extracellular freezing occurred in all scale cells by freezing to -30℃. These results suggested that katsura dormant buds adapt to subfreezing temperatures by segregation of supercooling primordial cells which are susceptible to extracellular ice crystals, from ice crystals.

Cold acclimation in the moss Physcomitrella patens involves abscisic acid-dependent signaling
Salma Begum Bhyan, Anzu Minami, Yasuko Kaneko, Shingo Suzuki, Keita Arakawa, Yoichi Sakata, Daisuke Takezawa
JOURNAL OF PLANT PHYSIOLOGY, 169, 2, 137, 145, 2012年01月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Change of supercooling capability in solutions containing different kinds of ice nucleators by flavonol glycosides from deep supercooling xylem parenchyma cells in trees
Chikako Kuwabara, Jun Kasuga, Donghui Wang, Yukiharu Fukushi, Keita Arakawa, Toshie Koyama, Takaaki Inada, Seizo Fujikawa
CRYOBIOLOGY, 63, 3, 157, 163, 2011年12月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

深過冷却するカツラ木部柔細胞由来の加水分解性ガロタンニンの過冷却活性に関する研究
王 東暉, 春日 純, 桑原 慎子, 福士 幸治, 藤川 清三, 荒川 圭太
低温生物工学会誌, 57, 2, 147, 151, 低温生物工学会, 2011年, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
英語, Xylem parenchyma cells (XPCs) of boreal trees adapt to subzero temperatures by deep supercooling. Previous studies suggested that intracellular substances were important for maintaining a supercooling state of cellular water at subzero temperatures in XPCs. In our recent studies, four kinds of flavonol glycosides and four kinds of hydrolyzable gallotannins were identified as supercooling-facilitating (SCF; anti-ice nucleation) substances in xylem extracts of katsura tree (Cercidiphyllum japonicum). In the present study, we examined SCF capabilities of the four kinds of hydrolyzable gallotannins in solutions containing different kinds of ice nucleators, including Erwinia ananas, Xanthomonas campestris, silver iodide, and 1,3,5-trihydroxybenzene (phloroglucinol). The results showed that all four gallotannins exhibited SCF capabilities in the solutions containing various kinds of ice nucleators, but capabilities were dependent on their concentrations and the type of ice nucleator used.

Xylem water-conducting patterns of 34 broadleaved evergreen trees in southern Japan
Toshihiro Umebayashi, Yasuhiro Utsumi, Shinya Koga, Susumu Inoue, Junji Matsumura, Kazuyuki Oda, Seizo Fujikawa, Keita Arakawa, Kyoichi Otsuki
TREES-STRUCTURE AND FUNCTION, 24, 3, 571, 583, 2010年06月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Endoplasmic reticulum-localized small heat shock protein that accumulates in mulberry tree (Morus bombycis Koidz.) during seasonal cold acclimation is responsive to abscisic acid
Norifumi Ukaji, Chikako Kuwabara, Yuri Kanno, Mitsunori Seo, Daisuke Takezawa, Keita Arakawa, Seizo Fujikawa
TREE PHYSIOLOGY, 30, 4, 502, 513, 2010年04月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Analysis of supercooling-facilitating (anti-ice nucleation) activity of flavonol glycosides
Jun Kasuga, Yukiharu Fukushi, Chikako Kuwabara, Donghui Wang, Atsushi Nishioka, Emiko Fujikawa, Keita Arakawa, Seizo Fujikawa
CRYOBIOLOGY, 60, 2, 240, 243, 2010年04月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

DEAR1, a transcriptional repressor of DREB protein that mediates plant defense and freezing stress responses in Arabidopsis
Tomokazu Tsutsui, Wataru Kato, Yutaka Asada, Kaori Sako, Takeo Sato, Yutaka Sonoda, Satoshi Kidokoro, Kazuko Yamaguchi-Shinozaki, Masanori Tamaoki, Keita Arakawa, Takanari Ichikawa, Miki Nakazawa, Motoaki Seki, Kazuo Shinozaki, Minami Matsui, Akira Ikeda, Junji Yamaguchi
JOURNAL OF PLANT RESEARCH, 122, 6, 633, 643, 2009年11月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Cryo-scanning electron microscopic study on freezing behaviors of tissue cells in dormant buds of larch (Larix kaempferi)
Keita Endoh, Jun Kasuga, Keita Arakawa, Toshiaki Ito, Seizo Fujikawa
CRYOBIOLOGY, 59, 2, 214, 222, 2009年10月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Factors related to change of deep supercooling capability in xylem parenchyma cells of trees
Seizo Fujikawa, Jun Kasuga, Naoki Takata, Keita Arakawa
Plant Cold Hardiness: From the Laboratory to the Field, 29, 42, 2009年07月15日
論文集(書籍)内論文

Impact of simulated acid snow stress on leaves of cold-acclimated winter wheat
Keita Arakawa, Hidetoshi Inada, Seizo Fujikawa
Plant Cold Hardiness: From the Laboratory to the Field, 173, 182, 2009年07月15日
論文集(書籍)内論文

樹木の凍結抵抗性 : 凍らない水
藤川 清三, 春日 純, 荒川 圭太
低温生物工学会誌, 55, 1, 37, 41, 低温生物工学会, 2009年
日本語, Xylem parenchyma cells of trees adapt to subfreezing temperatures by deep supercooling. The mechanisms of deep supercooling, except for physical isolation of water, have been reviewed especially in relation with existence of diverse kinds of supercooling-facilitating substances in the xylem parenchyma cells. Present review also suggested possibility on application of such supercooling-facilitating substances to make unfrozen water in purpose of low-temperature preservation as well as to regulate freezing conditions in purpose of cryopreservation for biological materials.

Improved cryopreservation by diluted vitrification solution with supercooling-facilitating flavonol glycoside
Daisuke Kami, Jun Kasuga, Keita Arakawa, Seizo Fujikawa
CRYOBIOLOGY, 57, 3, 242, 245, 2008年12月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Deep supercooling xylem parenchyma cells of katsura tree (Cercidiphyllum japonicum) contain flavonol glycosides exhibiting high anti-ice nucleation activity
Jun Kasuga, Yasuyuki Hashidoko, Atsushi Nishioka, Megumi Yoshiba, Keita Arakawa, Seizo Fujikawa
PLANT CELL AND ENVIRONMENT, 31, 9, 1335, 1348, 2008年09月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

凍結過程に存在する酸性物質が植物細胞の生存に及ぼす影響
稲田 秀俊, 藤川 清三, 荒川 圭太
日本冷凍空調学会論文集, 25, 2, 233, 238, 公益社団法人 日本冷凍空調学会, 2008年, ［査読有り］, ［最終著者］
日本語, The objective of this study was to clarify the mechanism of injury caused by acid snow stress in wintering plants. In this study, influence of simulated acid snow stress on leaf tissues of wintering plant was conveniently estimated by extracellular freezing tests under acid conditions in vitro. The survival rates of leaf tissues after freeze-thawing with 0.3 ml of sulfuric acid solution of pH 2.0 were significantly decreased, compared with the survival rates under acid condition of pH 3.0 or pure water. In this study, the initial volume of sulfuric acid solutions was the same in the treatments. Therefore, it is thought that the more acidic the initial pH of sulfuric acid solution becomes, the greater the volume of residual unfrozen solution with concentrated sulfuric acid in the extracellular part at a subzero temperature would be, consequently, the survival rate of leaf tissues were decreased. When leaf tissues were freeze-thawed with a large volume of sulfuric acid solution of pH 3.0, the survival rate of leaf tissues was comparable to the survival rate using pH 2.0. These results suggest that an increase in the volume of acid meltwater derived from snow cover will enhance the damage to wintering plants even the mild acidity of the acid snow.

Long- and short-term freezing induce different types of injury in Arabidopsis thaliana leaf cells
M. Nagao, K. Arakawa, D. Takezawa, S. Fujikawa
PLANTA, 227, 2, 477, 489, 2008年01月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Conducting pathways in north temperate deciduous broadleaved trees
Toshihiro Umebayashi, Yasuhiro Utsumi, Shinya Koga, Susumu Inoue, Seizo Fujikawa, Keita Arakawa, Junji Matsumura, Kazuyuki Oda
IAWA JOURNAL, 29, 3, 247, 263, 2008年, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Anti-ice nucleation activity in xylem extracts from trees that contain deep supercooling xylem parenchyma cells
Jun Kasuga, Kaoru Mizuno, Keita Arakawa, Seizo Fujikawa
CRYOBIOLOGY, 55, 3, 305, 314, 2007年12月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Gene expression associated with increased supercooling capability in xylem parenchyma cells of larch (Larix kaempferi)
Naoki Takata, Jun Kasuga, Daisuke Takezawa, Keita Arakawa, Seizo Fujikawa
JOURNAL OF EXPERIMENTAL BOTANY, 58, 13, 3731, 3742, 2007年10月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Larch (Larix kaempferi) xylem parenchyma cells respond to subfreezing temperature by deep supercooling
Jun Kasuga, Naoki Takata, Kenichi Yamane, Katsushi Kuroda, Keita Arakawa, Seizo Fujikawa
CRYOLETTERS, 28, 2, 77, 81, 2007年03月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

High accumulation of soluble sugars in deep supercooling Japanese white birch xylem parenchyma cells
Jun Kasuga, Keita Arakawa, Seizo Fujikawa
NEW PHYTOLOGIST, 174, 3, 569, 579, 2007年, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Effects of Light Condition after Simulated Acid Snow Stress on Leaves of Winter Wheat
INADA Hidetoshi, FUJIKAWA Seizo, SAITO Hideyuki, ARAKAWA Keita
Environmental Sciences (Tokyo), 14, Supplement, 53, 71, 2007年, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Optimal conditions for visualizing water-conducting pathways in a living tree by the dye injection method
Toshihiro Umebayashi, Yasuhiro Utsumi, Shinya Koga, Susumu Inoue, Yasuki Shiiba, Keita Arakawa, Junji Matsumura, Kazuyuki Oda
Tree Physiology, 27, 7, 993, 999, Heron Publishing, 2007年, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Role of intracellular contents to facilitate supercooling capability in beech (Fagus crenata) xylem parenchyma cells
Jun Kasuga, Kaoru Mizuno, Natsuko Miyaji, Keita Arakawa, Seizo Fujikawa
CRYOLETTERS, 27, 5, 305, 310, 2006年09月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Influence of simulated acid snow stress on leaf tissue of wintering herbaceous plants.
Hidetoshi Inada, Manabu Nagao, Seizo Fujikawa, Keita Arakawa
Plant & cell physiology, 47, 4, 504, 12, 2006年04月, ［査読有り］, ［国内誌］
英語, 研究論文（学術雑誌）, Acid snow might be an environmental stress factor for wintering plants since acid precipitates are locally concentrated in snow and the period in which ice crystals are in contact with shoots might be longer than that of acid precipitates in rain. In this study, 'equilibrium' and 'prolonged' freezing tests with sulfuric acid, which simulate situations of temperature depression and chronic freezing at a subzero temperature with acid precipitate as acid snow stress, respectively, were carried out using leaf segments of cold-acclimated winter wheat. When leaf segments were frozen in the presence of sulfuric acid solution (pH 4.0, 3.0 or 2.0) by equilibrium freezing with ice seeding, the survival rate of leaf samples treated with sulfuric acid solution of pH 2.0 decreased markedly. Leaf samples after supercooling to -4 and -8 degrees C in the presence of sulfuric acid solution (pH 2.0) without ice seeding were less damaged. When leaf samples were subjected to prolonged freezing at -4 and -8 degrees C for 7 d with sulfuric acid (pH 2.0), the survival rates of leaf samples exposed to sulfuric acid decreased more than those of leaf samples treated with water. On the other hand, leaf samples were less damaged by prolonged supercooling at -4 and -8 degrees C for 7 d with sulfuric acid (pH 2.0). The results suggest that an acid condition (pH 2.0) in the process of extracellular freezing and/or thawing promotes freezing injury of wheat leaves.

Accumulation of theanderose in association with development of freezing tolerance in the moss Physcomitrella patens
M Nagao, K Oku, A Minami, K Mizuno, M Sakurai, K Arakawa, S Fujikawa, D Takezawa
PHYTOCHEMISTRY, 67, 7, 702, 709, 2006年04月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Functional role of winteraccumulating proteins from mulberry tree in adaptation to winter-induced stresses
S. Fujikawa, N. Ukaji, M. Nagao, K. Yamane, D. Takezawa, K. Arakawa
Cold Hardiness in Plants: Molecular Genetics, Cell Biology, and Physiology, 181, 202, 2006年01月10日
論文集(書籍)内論文

Physiological and morphological alterations associated with development of freezing tolerance in the moss physcomitrella patens
A. Minami, M. Nagao, K. Arakawa, S. Fujikawa, D. Takezawa
Cold Hardiness in Plants: Molecular Genetics, Cell Biology, and Physiology, 138, 152, 2006年01月10日
論文集(書籍)内論文

酸性雪ストレスに対する越冬性植物の生理応答
稲田 秀俊, 藤川 清三, 荒川 圭太
低温生物工学会誌, 52, 2, 163, 168, 低温生物工学会, 2006年, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
日本語, The object of this study is to clarify the responses of wintering plants that were re-grown under light / dark condition after treatment of simulated acid snow (SAS) stress with sulfuric acid solution. Fresh weight and relative water content of mature leaves were markedly decreased compared with those of younger leaves during a re-growth period of wheat pretreated by SAS (pH 2.0). Photochemical efficiency of mature leaves was decreased during a re-growth period over 24 hours, but recovered in younger leaves. The level of lipid peroxidation in mature leaves was higher than that of younger leaves during a re-growth period within 24 hours.

Physiological changes in relation to the development of freezing resistance in xylem tissue of Betula platyphylla during seasonal cold acclimation　　　　　　　　　　　　　　　
Arakawa K, Kasuga J, Takashima H, Fujikawa S
Tree Sap III, 93, 97, 2006年, ［筆頭著者］
英語, 研究論文（その他学術会議資料等）

凍らない水 : 深過冷却する樹木木部柔細胞から水を凍結させない物質を探す
藤川 清三, 春日 純, 荒川 圭太
化学と生物, 43, 5, 280, 282, 日本農芸化学会, 2005年05月01日
日本語

Rapid degradation of starch in chloroplasts and concomitant accumulation of soluble sugars associated with ABA-induced freezing tolerance in the moss Physcomitrefla patens
M Nagao, A Minami, K Arakawa, S Fujikawa, D Takezawa
JOURNAL OF PLANT PHYSIOLOGY, 162, 2, 169, 180, 2005年02月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

針葉樹木部からの氷核形成阻害物質の検出
水野 薫, 春日 純, 荒川 圭太, 藤川 清三
低温生物工学会誌, 51, 2, 111, 114, 低温生物工学会, 2005年, ［査読有り］
日本語, Xylem parenchyma cells of most boreal trees including conifers adapt to subfreezing temperature by deep supercooling. Present study showed that crude extracts from xylem of several conifers had effect to promote supercooling of small water droplets with AgI as an ice-nucleating substance. Fractionation of the crude extracts from xylem of Larix kaempferi indicated that any substances except for soluble sugars were responsible for the promotion of supercooling, possibly by inhibiting or reducing ice nucleation. We also showed that the extracts from xylem of L. kaempferi had effect to promote supercooling, not only of small water droplets (2μl) but also of bulk water (1ml).

凍結融解過程における酸性条件が越冬性植物の生存に及ぼす影響
稲田 秀俊, 藤川 清三, 荒川 圭太
低温生物工学会誌, 51, 2, 115, 119, 低温生物工学会, 2005年, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
英語, Acid precipitates in snow may be a stress factor that affects the growth of wintering plants. The objective of this study was to determine the influence of acid-snow stress on leaves of wintering plants by in vitro experiments. Three different experiments, equilibrium freezing, prolonged freezing and repeated freeze-thawing, were carried out in order to simulate freeze-thawing of acid snow during winter. The results showed that acidification in the process of freeze-thawing caused enhancement of freezing injury of wintering plants.

ブナ木部組織の深過冷却能に関与する蛋白質因子の探索
高橋 宏和, 荒川 圭太, 藤川 清三
低温生物工学会誌, 51, 2, 105, 109, 低温生物工学会, 2005年, ［査読有り］
英語, Change in the deep supercooling (DSC) ability of xylem tissues of beech (Fagus crenata L.) twigs was detected by a differential thermal analysis (DTA). DSC abilities of xylem tissue shown as peaks of low temperature exotherms in DTA were about -30℃ in summer and -40℃ in winter. DSC ability of beech twigs in winter was lowered to about -30℃ by heat treatment at 60℃ for 10 min but was not lowered by heat treatment at 50℃ for 10 min. In order to find protein factors related to DSC ability, changes in the protein composition of xylem tissues caused by seasonal cold acclimation and heat treatments were analyzed by two-dimensional gel electrophoresis. About 350 protein spots were detected in the crude soluble fraction of xylem tissues in winter. Seventy-five protein spots were induced during seasonal cold acclimation. Fifty-six of the cold acclimation-induced proteins remained after heat treatment of xylem tissues at 50℃ for 10 min, and 12 of the 56 proteins were decreased by heat treatment of xylem tissues at 60℃ for 10 min.

Cold acclimation in bryophytes: low-temperature-induced freezing tolerance in Physcomitrella patens is associated with increases in expression levels of stress-related genes but not with increase in level of endogenous abscisic acid
A Minami, M Nagao, K Ikegami, T Koshiba, K Arakawa, S Fujikawa, D Takezawa
PLANTA, 220, 3, 414, 423, 2005年01月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Accumulation of pathogenesis-related (PR) 10/Bet v 1 protein homologues in mulberry (Morus bombycis Koidz.) tree during winter
N. UKAJI, C. KUWABARA, D. TAKEZAWA, K. ARAKAWA, S. FUJIKAWA
Plant, Cell and Environment, 27, 9, 1112, 1121, Wiley, 2004年09月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

植物細胞の深過冷却現象およびそのメカニズム
藤川 清三, 荒川 圭太
低温生物工学会誌, 50, 1, 33, 36, 低温生物工学会, 2004年
日本語, Xylem ray parenchyma cells in woody plants adapt to freezing of apoplast water by deep supercooling. The mechanism of deep supercooling is proved not due to merely cell wall property that water in micro-capillaries within the cell walls are sufficiently small to keep supercooling by which inhibits ice seeding of protoplasts through the cell walls. The mechanism of supercooling, thus, may respond to intracellular factors, such as accumulation of any substances that facilitate supercooling. Our approach to identify these intracellular substances from xylem ray parenchyma cells of woody plants that exhibit deep supercooling was introduced in this review.

A methyl viologen-resistant mutant of Arabidopsis, which is allelic to ozone-sensitive rcd1, is tolerant to supplemental ultraviolet-B irradiation
T Fujibe, H Saji, K Arakawa, N Yabe, Y Takeuchi, KT Yamamoto
PLANT PHYSIOLOGY, 134, 1, 275, 285, 2004年01月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Frost-susceptible protein in plasma membranes in tubers of Helianthus tuberosus L.
K Arakawa, M Hanazaki, S Yoshida
BIOSCIENCE BIOTECHNOLOGY AND BIOCHEMISTRY, 68, 1, 175, 182, 2004年01月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Abscisic acid-induced freezing tolerance in the moss Physcomitrella patens is accompanied by increased expression of stress-related genes
A Minami, M Nagao, K Arakawa, S Fujikawa, D Takezawa
JOURNAL OF PLANT PHYSIOLOGY, 160, 5, 475, 483, 2003年05月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Xylem ray parenchyma cells in boreal hardwood species respond to subfreezing temperatures by deep supercooling that is accompanied by incomplete desiccation
K Kuroda, J Kasuga, K Arakawa, S Fujikawa
PLANT PHYSIOLOGY, 131, 2, 736, 744, 2003年02月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

アブシジン酸による耐凍性上昇に伴うヒメツリガネゴケの生理的変化の解析
南 杏鶴, 長尾 学, 荒川 圭太, 藤川 清三, 竹澤 大輔
低温生物工学会誌, 49, 2, 179, 183, 低温生物工学会, 2003年, ［査読有り］
日本語, The phytohormone abscisic acid (ABA) plays an important role in freezing tolerance in plants. Treatment with ABA increased freezing tolerance of protonema cells of the moss Physcomitrella patens. ABA triggered morphological changes in cellular organelles, such as reduction in sizes of chloroplasts and vacuoles, and physiological changes such as accumulation of soluble sugars, especially that of sucrose, and boiling-stable proteins. We used protein synthesis inhibitors, protein serine/threonine kinase inhibitors and protein serine/threonine phosphatase inhibitors to examine cellular events associated with ABA-induced freezing tolerance. The results indicated that a protein synthesis inhibitor cycloheximide dramatically decreased freezing tolerance of the ABA-treated cells and accumulation of boiling-stable proteins. A phosphatase inhibitor okadaic acid also decreased ABA-induced freezing tolerance in P. patens. These inhibitors, however, did not have any effect on ABA-induced accumulation of sucrose. These results suggest critical roles of de novo synthesis of nuclear encoded protein and phosphatase-mediated signal transduction in ABA-induced cellular processes leading to freezing tolerance, and that sucrose only plays a limited role in these processes.

シラカンバ木部組織に蓄積する可溶性糖の季節変化
春日 純, 藤川 清三, 荒川 圭太
低温生物工学会誌, 49, 2, 185, 189, 低温生物工学会, 2003年, ［査読有り］
日本語, Most of xylem parenchyma cells of boreal hard wood species respond to subfreezing temperature by deep supercooling. Because xylem tissue cells that adapt by deep supercooling have the least resistance to subfreezing temperature among woody tissues, the limit of supercooling ability of xylem parenchyma cells is an essential factor for the survival of woody plants in cold areas. However, the deep supercooling mechanism of xylem parenchyma cell has not yet been clarified. In this study, accumulation of soluble sugars during seasonal cold acclimation in birch (Betula platyphylla var. japonica Kara) xylem tissue has been examined to discuss the influences of the intracellular sugars to the supercooling ability of xylem parenchyma cells. The supercooling ability of xylem parenchyma cells of birch seasonally changed. Fructose, glucose, sucrose, raffinose and stachyose were mainly accumulated in birch xylem parenchyma cells. Seasonal change in the amount of sucrose, raffinose and stachyose was positively correlated with the supercooling ability in xylem parenchyma cells. Although the proportion of each sugar composition was different between xylem parenchyma cells that undergo deep supercooling and bark parenchyma cells that undergo extracellular freezing, the major components of soluble sugars which accumulated in xylem cells were same with those of bark cells. However, the concentration of soluble sugars in xylem parenchyma cells might be higher than that of bark cells or cambial cells. It seems that the intracellular soluble sugars participate, at least in part, to the increase of supercooling ability of xylem parenchyma cells via increasing intracellular osmotic concentration. However, such a freezing temperature depression alone cannot explain high supercooling ability of xylem parenchyma cells, suggesting presence of other factors which may promote supercooling.

深過冷却で寒冷環境に適応するカラマツ木部柔細胞の遺伝子発現
高田 直樹, 南 杏鶴, 荒川 圭太, 竹澤 大輔, 藤川 清三
低温生物工学会誌, 49, 2, 191, 194, 低温生物工学会, 2003年, ［査読有り］
日本語, Xylem ray parenchyma cells (XRPCs) of Larix kaempferi respond to subfreezing temperatures by deep supercooling in winter. We carried out differential display to isolate genes expressed in association with increase in the magnitude of deep supercooling ability in XRPCs of L. kaempferi, and identified ten genes preferentially expressed during winter seasons. These genes encoded proteins with sequence similarity to NBS/LRR protein (WXL1), organic anion transporter (WXL2), H-pyrophosphatase (WXL3), aminoalcoholphosphotransferase (WXL4), flavonol 3-O-glucosyltransferase (WXL5), histone H2A (WXL6), LRR-containing F-box protein (WXL7), reverse transcriprase (WXL8), a protein similar to Arabidopsis protein T20 L15, 20 (WXL9) and an unknown protein (WXL10). These genes were differentially expressed during fall and winter seasons. Expression of transcripts of WXL4 and 9 increased from October, while that of WXL1, 2, 3, 5, 6, 7, 8 and 10 dramatically increased in November. Transcripts of WXL3 and 9 were similarly expressed in xylem and cortex tissues, while those of WXL1, 2, 4, 5, 6, 7, 8 and 10 were preferentially expressed in xylem tissue.

樹木木部柔細胞の深過冷却をもたらすと考えられている細胞壁マイクロキャピラリーサイズを解析する試み
田中 聡子, 長尾 学, 船田 良, 藤川 清三, 荒川 圭太
低温生物工学会誌, 49, 2, 209, 213, 低温生物工学会, 2003年, ［査読有り］
日本語, The size of micro-capillaries within cell walls of xylem parenchyma cells of woody plants has been estimated by the plasmolysis method using hypertonic solutions consisted of various size of molecules ranging from 0.8 nm to 5.2 nm. All xylem parenchyma cells examined, including xylem ray parenchyma cells exhibiting typical deep supercooling to -40℃, produced distinct plasmolysis by treatment with these all hypertonic solutions, indicating that size of cell wall micro-capillaries in xylem cells exceeded more than 5.2 nm. Water located in cell wall micro-capillaries in size larger than 5.2 nm cannot supercool at least below -20℃. Thus, it is suggested that the cause of deep supercooling of xylem parenchyma cells in woody plants cannot be explained solely by structural property of cell walls in relation with the size of micro-capillaries.

キクイモ塊茎の凍結傷害過程で生じる細胞膜蛋白質の組成変化に関する研究
荒川 圭太, 稲田 秀俊
低温生物工学会誌, 49, 2, 203, 207, 低温生物工学会, 2003年, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
日本語, When tubers of Helianthus tuberosus L. (Jerusalem artichoke) were frozen at -10℃ by equilibrium freezing, the tubers were injured lethally after thawing. In plasma membrane fraction prepared from sublethally frozen tubers, the levels of some plasma membrane proteins, named frost-susceptible proteins (FSPs), decreased as compared with that from unfrozen tubers. Response of FSP120, one of the major FSPs with a molecular mass of 120 kDa, to freezing treatment were characterized using the antibody to FSP120 in this study. The total amount of FSP120 in the crude extract scarcely declined after sublethal freezing treatment of tubers although the levels of FSP120 in the crude microsomes decreased after freezing treatment. These results suggest that FSP120 might be released from plasma membranes during freezing treatment of the tubers of Jerusalem artichoke.

シラカンバ木部組織において季節的低温馴化によって誘導される細胞外蛋白質の解析
荒川 圭太, 春日 純, 高島 寛, 藤川 清三
低温生物工学会誌, 49, 2, 195, 201, 低温生物工学会, 2003年, ［査読有り］, ［筆頭著者］
英語, Freezing resistance of xylem ray parenchyma cells of birch (Betula platyphylla L.) by deep supercooling increases during seasonal cold acclimation. When apoplast substances were partially eluted by an acidic solution from winter xylem tissue, freezing resistance by deep supercooling of the tissue was decreased. Several major proteins were detected in the acid-extractable fraction of xylem tissue, and the amounts of those proteins were increased in winter. Immunoblot analysis showed that some of the major proteins are similar. N-terminal amino acid sequencing revealed that they are similar to the pathogenesis-related proteins.

Roles of the plasma membrane and the cell wall in the responses of plant cells to freezing
T Yamada, K Kuroda, Y Jitsuyama, D Takezawa, K Arakawa, S Fujikawa
PLANTA, 215, 5, 770, 778, 2002年09月
英語, 研究論文（学術雑誌）

Abscisic acid- and cold-induced thaumatin-like protein in winter wheat has an antifungal activity against snow mould, Microdochium nivale
C Kuwabara, D Takezawa, T Shimada, T Hamada, S Fujikawa, K Arakawa
PHYSIOLOGIA PLANTARUM, 115, 1, 101, 110, 2002年05月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Cold acclimation-induced WAP27 localized in endoplasmic reticulum in cortical parenchyma cells of mulberry tree was homologous to group 3 late-embryogenesis abundant proteins
N Ukaji, C Kuwabara, D Takezawa, K Arakawa, S Fujikawa
PLANT PHYSIOLOGY, 126, 4, 1588, 1597, 2001年08月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

ATP analogue binding to the A subunit induces conformational changes in the E subunit that involves a disulfide bond formation in plant V-ATPase
Y Kawamura, K Arakawa, M Maeshima, S Yoshida
EUROPEAN JOURNAL OF BIOCHEMISTRY, 268, 10, 2801, 2809, 2001年05月, ［査読有り］, ［責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Tissue specificity of E subunit isoforms of plant vacuolar H+-ATPase and existence of isotype enzymes
Y Kawamura, K Arakawa, M Maeshima, S Yoshida
JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY, 275, 9, 6515, 6522, 2000年03月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Freezing adaptation mechanisms of living tissue cells in Betula platyphylla var. japonica Hara and their relation to cell wall properties.　　　　　　　　　　　　　　　
Fujikawa S, Kubota M, Kuroda K, Takezawa D, Arakawa K
Tree Sap II, 93, 96, 2000年
英語, 研究論文（研究会，シンポジウム資料等）

Alterations of intracellular pH in response to low temperature stresses
S Yoshida, K Hotsubo, Y Kawamura, M Murai, K Arakawa, D Takezawa
JOURNAL OF PLANT RESEARCH, 112, 1106, 225, 236, 1999年06月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Akinete formation in Tribonema bombycinum derbes et solier (Xanthophyceae) in relation to freezing tolerance
M Nagao, K Arakawa, D Takezawa, S Yoshida, S Fujikawa
JOURNAL OF PLANT RESEARCH, 112, 1106, 163, 174, 1999年06月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Accumulation of small heat-shock protein homologs in the endoplasmic reticulum of cortical parenchyma cells in mulberry in association with seasonal cold acclimation
N Ukaji, C Kuwabara, D Takezawa, K Arakawa, S Yoshida, S Fujikawa
PLANT PHYSIOLOGY, 120, 2, 481, 489, 1999年06月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Abscisic acid-induced secretory proteins in suspension-cultured cells of winter wheat
C Kuwabara, K Arakawa, S Yoshida
PLANT AND CELL PHYSIOLOGY, 40, 2, 184, 191, 1999年02月, ［査読有り］, ［責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

低温馴化によるシラカンバ木部放射柔細胞の細胞壁の変化
久保田 勝利, 荒川 圭太, 黒田 克史, 藤川 清三
低温生物工学会誌, 45, 2, 124, 127, 低温生物工学会, 1999年, ［査読有り］
日本語, In this study, we examined freezing behavior of birch xylem ray parenchyma cells. In fresh samples, summer cells exhibited supercooling to around -15℃ and winter cells exhibited it to around -50℃. In samples where the plasma membranes were destructed by freeze-thawing, summer cells still exhibited supercooling to around -10℃ and winter cells exhibited it to around -30℃, showing that cell walls are responsible, at least partially, for supercooling and that cold acclimation alters the property of supercooling ability of the cell walls. As one of possible causes of the cell wall changes, we examined effects of cell wall-bounding proteins. The result showed that extraction of proteins from cell walls altered the freezing behavior of xylem ray parenchyma cells.

Accumulation of 19-kDa plasma membrane polypeptide during induction of freezing tolerance in wheat suspension-cultured cells by abscisic acid
M Koike, D Takezawa, K Arakawa, S Yoshida
PLANT AND CELL PHYSIOLOGY, 38, 6, 707, 716, 1997年06月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Characterization of vacuolar H+-ATPases that are sensitive and tolerant to cold
K Hotsubo, Y Kawamura, D Takezawa, K Arakawa, S Yoshida
PLANT COLD HARDINESS, 237, 244, 1997年, ［査読有り］
英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）

PROPERTIES OF 2 N-LINKED GLYCOPROTEINS ASSOCIATED WITH THE NUCLEAR-ENVELOPE IN MUNG BEAN HYPOCOTYLS
M ODAIRA, K ARAKAWA, S YOSHIDA, M MAESHIMA
PLANT AND CELL PHYSIOLOGY, 36, 6, 945, 953, 1995年09月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

COLD-INDUCED ALTERATIONS IN PLASMA-MEMBRANE PROTEINS THAT ARE SPECIFICALLY RELATED TO THE DEVELOPMENT OF FREEZING TOLERANCE IN COLD-HARDY WINTER-WHEAT
BL ZHOU, K ARAKAWA, S FUJIKAWA, S YOSHIDA
PLANT AND CELL PHYSIOLOGY, 35, 2, 175, 182, 1994年03月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Accumulation of glycinebetaine during cold acclimation and freezing tolerance in leaves of winter and spring barley plants
S. KISHITANI, K. WATANABE, S. YASUDA, K. ARAKAWA, T. TAKABE
Plant, Cell and Environment, 17, 1, 89, 95, Wiley, 1994年01月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Betaine Aldehyde Dehydrogenase in the Gramineae : Levels in Leaves of Both Betaine-Accumulating and Nonaccumulating Cereal Plants :
ISHITANI Manabu, ARAKAWA Keita, MIZUNO Katsuhiko, KISHITANI Sachie, TAKABE Tetsuko
Plant and Cell Physiology, 34, 3, 493, 495, Japanese Society of Plant Physiologists, 1993年04月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, The accumulation of betaine and the distribution of betaine aldehyde dehydrogenase, which catalyzes the last step in the synthesis of betaine, were analyzed in leaves of control and salt-stressed cereal plants of the Gramineae. BADH protein was present in both betaine-accumulating and nonaccumulating leaves.

IMMUNOLOGICAL STUDIES OF BETAINE ALDEHYDE DEHYDROGENASE IN BARLEY　　　　　　　　　　　　　　　
ARAKAWA, K, MIZUNO, K, KISHITANI, S, TAKABE, T
PLANT AND CELL PHYSIOLOGY, 33, 7, 833, 840, 1992年10月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Levels of betaine and betaine aldehyde dehydrogenase activity in the green leaves, and atiolated leaves and roots of barley.
Arakawa K, Katayama M, Takabe T
Plant and Cell Physiology, 31, 6, 797, 803, 1990年09月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

植物耐塩性の分子機構
石谷学, 荒川圭太, 高倍鉄子
植物の化学調節, 25, 149, 162, 植物化学調節学会, 1990年
日本語, 研究論文（学術雑誌）

Betaine accumulation and osmoregulation in higher plants and cyanobacteria　　　　　　　　　　　　　　　
Takabe T, Arakawa K
Plant water relations and growth under stress, 151, 158, 1989年, ［最終著者］
英語, 論文集(書籍)内論文

CO2 Fixation Rate and RuBisCO Content Increase in the Halotolerant Cyanobacterium, Aphanothece halophytica, Grown in High Salinities
Tetsuko Takabe, Aran Incharoensakdi, Keita Arakawa, Sadaki Yokota
Plant Physiology, 88, 4, 1120, 1124, American Society of Plant Biologists (ASPB), 1988年12月01日, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Purification of betaine-aldehyde dehydrogenase from spinach leaves and preparation of its antibody
Keita Arakawa, Tetsuko Takabe, Tatsuo Sugiyama, Takashi Akazawa
Journal of Biochemistry, 101, 6, 1485, 1488, Oxford University Press, 1987年, ［査読有り］, ［筆頭著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

植物の越冬と凍結抵抗性について
荒川圭太, 鈴木伸吾, 低温科学, 83, 201, 210, 2025年03月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
日本語, 記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）, 49194462

Regional variation in spring root growth of Abies sachalinensis seedlings associated with provenance snow environments　　　　　　　　　　　　　　　
Tetsuto Sugai, Keita Arakawa, Wataru Ishizuka, International Society of Root Research 12th International Symposium, 2024年06月
英語, 研究発表ペーパー・要旨（国際会議）

ブナ種子の乾燥耐性機構に関する研究
齋藤拓哉, 米岡宏喜, 花岡創, 遠藤圭太, 木下剛志, 鈴木伸吾, 荒川圭太, 低温生物工学会セミナー及び年会講演要旨集, 68th (CD-ROM), 2023年

カツラ樹皮に検出された氷核活性の性質
古賀泰雅, 鉄穴口晃, 鈴木伸吾, 鈴木伸吾, 重冨顕吾, 荒川圭太, 日本木材学会北海道支部講演集(Web), 53, 2021年

高オゾン環境下でのヤマナラシ属2種の成長と病虫害の観察-中間報告-
増井昇, 菅井徹人, 渡邊陽子, 渡部敏裕, 塩尻かおり, 佐々木圭子, 藤戸永司, 荒川圭太, 佐藤冬樹, 小池孝良, 北方森林保全技術(Web), 38, 2021年

ブナ種子の乾燥耐性
米岡宏喜, 花岡創, 遠藤圭太, 荒川圭太, 日本木材学会北海道支部講演集(Web), 52, 2020年

交雑ポプラ培養細胞へのGFP-TUA6およびLifeact-mCherryの導入による細胞骨格の可視化
山岸祐介, 高田直樹, 渡辺宇外, 荒川圭太, 佐野雄三, 半智史, 船田良, 日本木材学会大会研究発表要旨集(完全版)(CD-ROM), 70th, 2020年

都市生態系へのオゾン汚染の影響：実験的研究によるＪＳＴへのとり組み
小池 孝良, 菅井 徹人, 渡部 敏裕, 市川 一, 藤戸 永志, 佐々木 圭子, 曲 来葉, 渡辺 誠, 荒川 圭太, 山﨑 友紀, 佐藤 冬樹, 北方森林保全技術, 37, 11, 17, 2019年12月
北海道大学北方生物圏フィールド科学センター森林圏ステーション, 日本語

日本木材学会北海道支部 第49回研究会 開催報告
山岸 祐介, 宮﨑 淳子, 荒川 圭太, 河原﨑 政行, 木材工業 = Wood industry, 73, 10, 406, 408, 2018年10月
日本木材加工技術協会, 日本語

抗氷核(過冷却促進)ポリフェノールによる水溶液の凍結抑制効果について
荒川 圭太, グリーンテクノ情報, 14, 1, 13, 17, 2018年06月
グリーンテクノバンク, 日本語

北海道で栽培される醸造用ブドウ樹体組織の耐凍性について
堀内玲子, 実山豊, 荒川圭太, 鈴木卓, 園芸学研究 別冊, 17, 2, 2018年

交雑ポプラのER局在性GFP導入株におけるERの構造解析と超低温保存法の確立
川村浩平, 桜井健至, 嘉見大助, 田中大介, 遠藤圭太, 鈴木伸吾, 山岸祐介, 荒川圭太, 日本木材学会大会研究発表要旨集(完全版)(CD-ROM), 67th, 2017年

交雑ポプラ培養細胞を用いたin vitro管状要素誘導に合成オーキシンNAAおよび2,4-Dが及ぼす影響
山岸祐介, 鎌田裕, 工藤佳世, 半智史, 船田良, 荒川圭太, 佐野雄三, 日本木材学会大会研究発表要旨集(完全版)(CD-ROM), 67th, 2017年

樹木冬芽における有鱗芽と裸芽の凍結適応機構　　　　　　　　　　　　　　　
岡田 香織, 遠藤 圭太, 荒川 圭太, 日本木材学会北海道支部講演集, 45, 48, 51, 2013年11月

カラマツ木部における冬季誘導性のデハイドリンの機能評価
坂本友陽, 安達正博, 岡田香織, 鈴木伸吾, 宇梶慎子, 荒川圭太, 高田直樹, 日本木材学会大会研究発表要旨集(完全版)(CD-ROM), 63rd, 2013年

樹木冬芽の越冬過程における可溶性タンパク質の組成変化
鈴木伸吾, 遠藤圭太, 岡田香織, 荒川圭太, 高橋大輔, 上村松生, 日本木材学会北海道支部講演集(Web), 44, WEB ONLY P-2, 2012年11月
日本語, 研究発表ペーパー・要旨（全国大会，その他学術会議）

冬季にカラマツ木部に蓄積するデハイドリンタンパク質の機能評価
坂本友陽, 岡田香織, 鈴木伸吾, 宇梶慎子, 荒川圭太, 日本木材学会北海道支部講演集(Web), 44, WEB ONLY P-6, 2012年11月
日本語

Supercooling-promoting (anti-ice nucleating) flavonoids and tannins (vol 63, pg 307, 2010)
Chikako Kuwabara, Jun Kasuga, Donghui Wang, Yukiharu Fukushi, Keita Arakawa, Seizo Fujikawa, CRYOBIOLOGY, 64, 3, 308, 308, 2012年06月
英語, その他

J024031 氷核活性を抑制するポリフェノール化合物の効果
稲田 孝明, 小山 寿恵, 桑原 慎子, 荒川 圭太, 藤川 清三, 年次大会, 2012, 0, _J024031, 1-_J024031-3, 2012年
Antifreeze proteins (AFPs) and several synthetic polymers are known as anti-ice nuclei (anti-IN), which inactivate ice nuclei (IN) in water and thus inhibit heterogeneous ice nucleation catalyzed by IN. Recently, it has been found that several types of polyphenol compounds also inhibit heterogeneous ice nucleation. In this study, ice nucleation catalyzed by silver iodide (Agl) particles, which are typical inorganic IN, in emulsified solutions of five different polyphenol compounds (a-oligoglucosyl quercetin 3-O-β-D-glucopyranoside (Q3(Glc)n), epigallocatechin gallate (EGCG), tea catechin, tannic acid, and oligonol) was investigated experimentally. Results showed that the ice nucleating activity of Agl was inactivated by all the polyphenols used here. For Q3(Glc)n and EGCG solutions, in the majority of the emulsified droplets, ice nucleation occurred within a narrow temperature range between -17 and -20℃. On the contrary, for tea catechin, tannic acid, and oligonol solutions, ice nucleation occurred within relatively wide temperature range between -17 and -38 ℃. The highest ice nucleation temperatures in the emulsified droplets of the polyphenol solutions were considerably lower than those of AFP and synthetic polymer solutions. Especially, the highest ice nucleation temperature for oligonol solution was -19.4 ℃. Such anti-ice nucleating activities of the polyphenols available at relatively high temperatures would be promising for practical applications in various fields., 一般社団法人 日本機械学会, 日本語

カツラ木部由来の過冷却促進物質とその構造類似物質における過冷却活性の比較
森若元太, 宇梶槙子, 藤川清三, 荒川圭太, 日本木材学会北海道支部講演集(Web), 43, WEB ONLY O-3, 2011年11月
日本語

ハイブリッドアスペンの凍結抵抗性に関する研究
板羽貴史, 砂留光利, 上出奈央, 佐野雄三, 藤川清三, 荒川圭太, 日本木材学会北海道支部講演集(Web), 42, WEB ONLY O-2, 2010年11月
日本語

カラマツ(Larix kaempferi)木部柔細胞の過冷却能に関与する冬季誘導性タンパク質(LkDRP1及びLkDRP2)に関する研究
能美彩香, 森本和成, 藤川清三, 荒川圭太, 日本木材学会北海道支部講演集(Web), 42, WEB ONLY O-1, 2010年11月
日本語

異なる凍結挙動を示すカツラおよびシラカンバ冬芽の組織細胞
遠藤圭太, 荒川圭太, 藤川清三, 日本木材学会北海道支部講演集(Web), 42, WEB ONLY O-3, 2010年11月
日本語

低温走査型電子顕微鏡(Cryo‐SEM)による冬芽の凍結挙動観察
遠藤圭太, 荒川圭太, 藤川清三, 日本顕微鏡学会北海道支部学術講演会講演要旨集, 2010, 2, 2010年
日本語

トドマツ針葉の耐凍性および凍結挙動
遠藤圭太, 荒川圭太, 藤川清三, 日本木材学会北海道支部講演集, 41, 7, 10, 2009年10月20日
日本語

カラマツ木部柔細胞の深過冷却能に関与する可溶性蛋白質の解析
森本 和成, 森 仁志, 春日 純, 藤川 清三, 荒川 圭太, 日本植物生理学会年会およびシンポジウム 講演要旨集, 2009, 0, 512, 512, 2009年
寒冷地に生育する樹木の木部柔細胞は深過冷却によって氷点下温度に適応している。このような木部柔細胞では、季節的な低温馴化によって過冷却能力が向上することで冬季の厳しい氷点下温度に対する抵抗性（凍結抵抗性）が著しく高まる。これまでの研究により、木部柔細胞の深過冷却機構では細胞壁構造や細胞内に蓄積する糖類、氷核形成阻害物質などが関与することが示唆されているが、主たる細胞成分の一つである可溶性蛋白質が過冷却能に対してどのような役割を果たしているのかに関する知見は少ない。そこで本研究では、北方樹木の木部柔細胞の過冷却能の変動によく対応して変動する蛋白質を特定することを目的とした。野外に生育するカラマツ（Larix kaempferi）の2ないし5年生の枝を用い、季節的な低温馴化による過冷却能の上昇ならびに人為的な脱馴化処理による過冷却能の減少の双方に対応して、蓄積量が増減した可溶性蛋白質を二次元電気泳動法で検出した。そして、変動した16個の候補蛋白質をトリプシン消化後、LC-MALDI MS/MS解析に供試してde novo sequencingした。予測されたアミノ酸配列をもとにデータベースを検索した結果、機能未知な樹木由来の蛋白質と類似したものがいくつか見いだされた。現在、引き続きこれらの蛋白質の同定を試みている。, 日本植物生理学会

カラマツ冬芽(長枝芽)の凍結挙動
遠藤圭太, 荒川圭太, 藤川清三, 日本木材学会北海道支部講演集, 40, 11, 14, 2008年10月22日
日本語

カラマツ木部柔細胞の深過冷却能に関与する可溶性蛋白質の検出
森本 和成, 荒川 圭太, 藤川 清三, 日本植物生理学会年会およびシンポジウム 講演要旨集, 2008, 0, 874, 874, 2008年
寒冷地に生育する樹木は、季節的な低温馴化によって凍結抵抗性が著しく向上し、冬季の厳しい氷点下温度でも生存可能となる。このような樹木の凍結挙動は組織によって異なり、師部や形成層の柔細胞は細胞外凍結で、木部の柔細胞は深過冷却によって氷点下温度に適応している。なかでも深過冷却機構に関する研究例は限られており、元来、木部組織における厚い細胞壁の構造特性が深過冷却機構の主要因と考えられてきた。そのため、細胞内成分の関与については糖類の蓄積以外はほとんど検証されていなかった。最近、当研究室では、深過冷却機構に関与する因子として、氷核形成阻害活性を有する二次代謝産物や過冷却能の増加に伴って誘導される遺伝子群を特定するに至った。そこで本研究では、主たる細胞成分の一つである可溶性蛋白質が木部柔細胞の深過冷却能に関与する可能性について検証するため、カラマツ（Larix kaempferi）の2ないし5年生の枝を用い、季節的な低温馴化による過冷却能の上昇ならびに人為的な脱馴化処理による過冷却能の減少の双方に対応して蓄積量が増減した可溶性蛋白質を二次元電気泳動法にて検出した。次に、これらの蛋白質の単離を試みた後、N末端アミノ酸配列が解析できた蛋白質について相同性検索を行った結果、Late embryogenesis abundant proteins を含む数種の蛋白質が同定できた。現在、引き続きこれらの蛋白質の同定を試みている。, 日本植物生理学会

カラマツ木部柔細胞の過冷却能力の変化に伴って変動する蛋白質の検索
森本和成, 藤川清三, 荒川圭太, 日本木材学会北海道支部講演集, 39, 11, 14, 2007年10月22日
日本語

木部柔細胞の過冷却能に与える可溶性糖の効果の検証
葭葉恵, 春日純, 荒川圭太, 藤川清三, 日本木材学会北海道支部講演集, 39, 19, 22, 2007年10月22日
日本語

カツラ木部柔細胞の深過冷却機構に関与する過冷却促進成分の探索
春日純, 葭葉恵, 橋床泰之, 荒川圭太, 藤川清三, 日本木材学会北海道支部講演集, 39, 15, 18, 2007年10月22日
日本語

シラカンバ木部柔細胞の細胞内可溶性糖が深過冷却機構に果たす役割
春日純, 荒川圭太, 藤川清三, 日本顕微鏡学会北海道支部学術講演会プログラム・予稿集, 2006, 15, 2007年02月
日本語

ハイブリッドアスペン実生の低温馴化機構に関する研究
砂留光利, 上出奈央, 高田直樹, 藤川清三, 荒川圭太, 日本木材学会大会研究発表要旨集(完全版)(CD-ROM), 57th, 2007年

酸性雪ストレス後の再生長初期過程における冬小麦緑葉の生理的変化
稲田 秀俊, 藤川 清三, 荒川 圭太, 日本植物生理学会年会およびシンポジウム 講演要旨集, 2007, 0, 479, 479, 2007年
雪の酸性化は酸性雨と同様にこの10年間で着実に進行し、環境への影響が懸念されるが、その影響は定かではない。そこで我々は、酸性雪の積雪層下で植物が局所的に雪氷表面に濃縮された酸性物質に長期的に曝されたり、酸性度の強い融雪水に曝されたりすることを想定し、越冬性作物の冬小麦幼苗をpH 2からpH 4に調整した硫酸溶液中で凍結融解することで酸性雪ストレスを模し、酸性雪が越冬性植物に与える影響を調べることにした。これまでに、低温馴化した冬小麦緑葉を硫酸存在下で凍結融解（SAS処理）すると傷害が助長されることがわかった。そこで本研究では、低温馴化した冬小麦個体を-4℃のSAS処理（pH 2）に4時間施した後、融解してから10℃の12時間日長の条件下に移して再生長させ、個体への影響を調べた。冬小麦緑葉の葉齢の違いによりSAS処理に対する応答性に差異がみられたため、葉齢別に応答性を評価した。pH 2のSAS処理後に再生長させた冬小麦の第1葉（成熟葉）では、SAS処理直後に生じた可視傷害部位は広がらないが、著しく脱水されて生重量が低下することが分かった。一方、第2葉ではいずれも大きな影響は見られなかった。おそらく葉齢によって凍結抵抗性が異なるため、第1葉と第2葉でSAS処理後の再生長への影響にも違いが生じたものと考えられる。SAS処理直後に冬小麦に大きな傷害が観察されなくても、再生長過程において緑葉に影響が出ることが強く示唆された。, 日本植物生理学会

カラマツ木部組織由来の冬季誘導性ガラクチノール合成酵素遺伝子に関する研究
砂留光利, 高田直樹, 春日純, 藤川清三, 荒川圭太, 日本木材学会大会研究発表要旨集(完全版)(CD-ROM), 56th, 2006年

カツラ木部組織に存在する過冷却促進成分の単離と同定
春日純, 松本一, 荒川圭太, 橋床泰之, 藤川清三, 日本木材学会大会研究発表要旨集(完全版)(CD-ROM), 56th, B10-1130, 2006年
日本語

カラマツ木部粗抽出画分からの氷核形成阻害活性の検出
水野薫, 春日純, 荒川圭太, 藤川清三, 日本木材学会北海道支部講演集, 37, 13, 16, 2005年10月21日
日本語

冬小麦PR-5タンパク質(WAS-3)の構造解析
桑原 慎子, 近藤 英昌, 野呂 奈津子, 竹澤 大輔, 荒川 圭太, 津田 栄, 日本植物生理学会年会およびシンポジウム 講演要旨集, 2005, 0, 848, 848, 2005年
WAS-3は、病原菌関連タンパク質PR-5に属し、冬小麦の低温馴化によってアポプラストに蓄積する。私たちは、WAS-3の機能を明らかにするために、小麦培養細胞を用いた組み換えタンパク質発現系を作成し、組み換えWAS-3タンパク質（rWAS-3）がin vitroにおいて雪腐れ病菌やフザリウム菌の菌糸の成長を阻害する活性を持つことを明らかにしてきた。また、rWAS-3は雪腐れ病菌やフザリウム菌の菌糸の細胞壁画分に対し親和性を持ち、菌糸の成分であるβ-1,3-グルカンに結合することを示唆してきた。しかし、抗菌活性の詳細なメカニズムは、まだ明らかになっていない。そこで、本研究では、抗菌活性のメカニズムに関する知見を得るために、rWAS-3の結晶を作成し、結晶構造の解析を行った。ハンギングドロップ蒸気拡散法によって結晶化条件のスクリーニングを行った後、至適化した結果、0.8×0.5×0.01 mmの薄い板状結晶が得られた。構造解析は分子置換法を用いて行い、1.8オングストローム分解能の立体構造を決定した。その結果、rWAS-3は3個のドメインを構成しており、ドメインAとドメインBの間に「くぼみ」があることが明らかとなった。分子表面の静電ポテンシャルに基づきモデルを作成すると、ドメインAとドメインBの間のくぼみは、負に荷電した領域であることが示されたことから、この領域にβ-1,3-グルカンが結合する可能性が考えられた。, 日本植物生理学会

ヒメツリガネゴケのアブシジン酸低感受性変異株における浸透圧及び凍結耐性の低下
南 杏鶴, 長尾 学, 荒川 圭太, 藤川 清三, 竹澤 大輔, 日本植物生理学会年会およびシンポジウム 講演要旨集, 2005, 0, 222, 222, 2005年
アブシジン酸（ABA）によるシグナル伝達は、植物の低温や浸透圧ストレスに対する応答や耐性の獲得に関与している。ヒメツリガネゴケ（Physcomitrella patens）原糸体細胞ではABA処理によってストレス応答性遺伝子の発現誘導や可溶性糖の蓄積などがおこり、凍結耐性（耐凍性）が向上する。また、高張のマンニトール処理では内生ABA量が増加し、生理学的変化を伴った耐凍性の上昇がみられる。
ABAによる様々な生理的変化のなかで耐凍性を促進させる要因を探るため、ヒメツリガネゴケABA低感受性変異株AR1～7を紫外線照射処理によって単離した。すべてのAR変異株は、野生株が生育阻害をおこすABA濃度下でも生育することができ、ABA処理後の耐凍性は野生株よりも低い値を示した。特にABAによる耐凍性の上昇程度が低いAR4株では、ABA誘導性遺伝子の発現量やLEA様タンパク質、可溶性糖の蓄積において著しい減少がみられた。この変異株では、マンニトールによる浸透圧ストレスに対して強い感受性を示した。以上の結果は、ABA依存的な浸透圧シグナル伝達経路によって、凍結や高浸透圧溶液による脱水ストレス耐性が調節されていることを示唆している。, 日本植物生理学会

クワ皮層柔細胞に冬季特異的に蓄積する蛋白質WAP27の長期凍結下での凍害保護活性
長尾 学, 宇梶 徳史, 竹澤 大輔, 荒川 圭太, 藤川 清三, 日本植物生理学会年会およびシンポジウム 講演要旨集, 2005, 0, 221, 221, 2005年
ヤマグワ（Morus bombycis）の皮層柔細胞の耐凍性は夏季に。比べて冬季に大幅に上昇することが知られている。これまでにヤマグワの皮層柔細胞内のERにGroup 3 LEA蛋白質である分子量27-kDaのWAP27蛋白質 が冬季特異的に蓄積することがわかっている。
植物は野外では一定範囲の凍結温度下に長く置かれる。特に氷点に近い凍結温度下では低温や脱水のみでなく、未凍結溶液中の塩類濃縮に長期間さらされる。そこでWAP27の耐凍性における機能を知るために一定の凍結温度で長期間保持した凍結感受性蛋白質、乳酸脱水素酵素（LDH）に対する組み替えWAP27（rWAP27）凍害保護活性を調べた。rWAP27を添加し-2、-4、-10、-20℃で長期間保持したLDHはすべての凍結温度で80％以上の高い活性を維持した。それに対し牛血清アルブミン（BSA）は、-20℃ではrWAP27と同等の保護活性を維持したが、-2、-4℃では凍結時間に依存して活性が低下する傾向が見られた。卵白アルブミン（Ovalbumin）ではすべての凍結温度で活性が経時的に低下した。今回の結果からrWAP27は長期凍結下で凍結感受性蛋白質に対し、他の凍結保護物質より高い保護活性を持つことが明らかになった。, 日本植物生理学会

酸性条件下における越冬性植物の凍結傷害機構
稲田 秀俊, 伊藤 利章, 長尾 学, 藤川 清三, 荒川 圭太, 日本植物生理学会年会およびシンポジウム 講演要旨集, 2005, 0, 381, 381, 2005年
我々は、酸性雪が越冬性植物に及ぼす影響を調べるため、冬小麦(Triticum aestivum L. cv. Chihokukomugi)緑葉の組織切片を用いて酸性条件下で耐凍性試験を行い、酸性雪ストレスによる越冬性植物の傷害発生機構の解析を進めてきた。これまでに冬小麦の緑葉を硫酸溶液(pH 2.0)の存在下で細胞外凍結させると融解後の生存率が著しく低下することを明らかにした。本研究では、気温の寒暖差の大きい初冬や初春に酸性融雪水中で植物が凍結融解される影響を見積もるため、冬小麦緑葉の切片を純水または硫酸溶液の存在下で平衡凍結融解を繰り返し行った。すると、硫酸溶液共存下では凍結融解を繰り返す度毎に緑葉の生存率は徐々に低下し、純水で処理したものに比べてより生存率が低下した。次に、冬小麦緑葉組織の凍結融解過程のどの段階で酸性化すると生存率が低下するかを調べるために、硫酸溶液を添加する時期を植氷前、融解時、融解後にそれぞれ設定して耐凍性試験を行い、緑葉組織の生存率への影響について評価した。その結果、細胞外凍結した冬小麦の緑葉組織では、融解時に酸性物質が存在することが傷害発生を助長させる要因となりうることが予想された。, 日本植物生理学会

シロイヌナズナ由来の転写制御因子CBF1を導入したハイブリッドアスペンの耐凍性及び組織構造に関する研究
古俣寛隆, 伊藤利章, 佐野雄三, 荒川圭太, 藤川清三, 日本木材学会北海道支部講演集, 36, 27, 30, 2004年10月28日
日本語

FE‐SEMによる急速凍結固定した樹木組織柔細胞の微細構造の観察
山根健一, 伊藤利章, 佐野雄三, 荒川圭太, 藤川清三, 日本木材学会北海道支部講演集, 36, 23, 26, 2004年10月28日
日本語

深過冷却するシラカンバ木部柔細胞に蓄積する冬季誘導性蛋白質の機能解析
高島寛, 荒川圭太, 藤川清三, 日本木材学会北海道支部講演集, 36, 31, 34, 2004年10月28日
日本語

越冬性植物の耐凍性機構　　　　　　　　　　　　　　　
荒川圭太, 北海道芝草研究会報, 2004年
日本語, 講演資料等（セミナー，チュートリアル，講習，講義他）

越冬性植物の酸性凍結処理に対する応答
稲田 秀俊, 荒川 圭太, 日本植物生理学会年会およびシンポジウム 講演要旨集, 2004, 0, 359, 359, 2004年
大気中の酸性物質を含む酸性雨が植物の生育や代謝に影響を与えることはすでによく知られている。しかし、酸性雪が積雪地域の越冬性植物に与える影響についてはほとんど調べられていない。そこで本研究では、酸性雪が越冬性植物の生存にどのような影響を及ぼすのかを簡易的に評価するために、組織切片を用いて酸性条件下での耐凍性試験を試みた。試料には低温馴化させた冬小麦（Triticum aestivum L. cv. Chihokukomugi）緑葉の切片を用い、硫酸でpHを調整した酸性溶液を添加し平衡凍結法による耐凍性試験を行った。凍結融解後の試料の生存率を測定すると、pH 4.0や3.0の酸性凍結処理は対照区の純水(pH 5.6)での凍結処理とほぼ同程度であった。一方、pH 2.0の凍結処理では対照区よりも生存率が著しく低下していた。この酸性凍結の場合、植氷した試料を直ちに4℃に移してゆっくり融解させても生存率はほとんど低下しなかった。同様の試料を緩速冷却によって平衡凍結すると、凍結処理温度の低下に伴って生存率が低下し純水凍結との差が徐々に大きくなった。-12℃での純水凍結処理の生存率は約40%であったのに対して酸性凍結処理では約10%であった。また、pH 2.0の酸性溶液を添加した試料を-12℃まで過冷却させると、生存率はとほんど低下せず約90%であった。これらの結果から、冬小麦の緑葉を硫酸共存下で凍結融解すると著しく凍結傷害を被ることが明らかになった。, 日本植物生理学会

コケ植物の耐凍性獲得過程で発現する遺伝子の同定
南 杏鶴, 長尾 学, 荒川 圭太, 藤川 清三, 竹澤 大輔, 日本植物生理学会年会およびシンポジウム 講演要旨集, 2004, 0, 803, 803, 2004年
コケ植物は熱帯から極地まで幅広く生育し、その中には極端な乾燥や凍結に対して耐性を持つ種が少なからず存在する。蘚類ヒメツリガネゴケ（Physcomitrella patens）の原糸体は、通常の培養条件では耐凍性を持たないが、アブシジン酸（ABA）処理によって高い耐凍性を獲得し、-80℃での凍結保存も可能になる。このことから、ABAが細胞の凍結脱水ストレス耐性に重要な役割を持つと考えられた。私たちは、ABA処理したヒメツリガネゴケ原糸体細胞において葉緑体や液胞の小型化、細胞内浸透濃度の増加および熱安定性タンパク質や可溶性糖の蓄積がおこり、凍結傷害の主要因である細胞膜の損傷が緩和されることを明らかにした。ABAで誘導される耐凍性上昇はシクロヘキシミド処理で著しく抑制されることから、この過程には核コードタンパク質の合成が必須であることが示された。
ヒメツリガネゴケの耐凍性上昇に関わる遺伝子を同定するため、フィルターアレイを用いたディファレンシャルスクリーニングによりABA処理で増加する60以上の遺伝子を単離した。その結果、これらの中にはLEAや水チャネルなどのように高等植物のストレス応答性遺伝子と相同性のあるものが多数含まれる一方、高等植物には保存されていない葉緑体タンパク質LI818や、UVI-1など原核生物遺伝子のホモログが新たに同定された。, 日本植物生理学会

深過冷却で寒冷環境に適応するカラマツ木部柔細胞において冬季特異的に増加する遺伝子とその組織的発現様式
高田直樹, 藤川清三, 荒川圭太, 南杏鶴, 竹沢大輔, 日本木材学会北海道支部講演集, 35, 1, 4, 2003年10月15日
日本語

オゾン感受性を示すパラコート耐性突然変異体 rcd1 の反応機構の解析
藤部 貴宏, 佐治 光, 荒川 圭太, 竹内 裕一, 山本 興太朗, 日本植物生理学会年会およびシンポジウム 講演要旨集, 2003, 0, 347, 347, 2003年
植物は様々なストレスを受けることにより活性酸素を発生させることが知られている。これらのストレスに対抗するため、植物はストレスを受けると活性酸素除去酵素群の発現を誘導する。rcd1-1（Overmyer ら、2000） と同じ遺伝子座上に変異が起こっているパラコート耐性突然変異体 rcd1-2 は活性酸素が関与すると考えられる紫外線の照射や塩ストレスに対して耐性を示したが（日本植物学会第66回大会、2002）、同じく活性酸素発生を伴うオゾンの曝露に対しては感受性を示した。その損傷は活性酸素による一次的な反応ではなく、プログラム細胞死的な反応であった。rcd1 突然変異は劣性なので、rcd1-2 変異体はストレス反応系の負の調節因子の機能が欠損していて常にストレス反応を起こしてしまい、構成的にストレス防御系が働いて活性酸素ストレスに対して耐性を示すと考えられる。また、オゾンの曝露はその作用機構が病原菌の感染に似ているため、rcd1 のオゾン感受性は感染部位の拡大を防ぐためのプログラム細胞死が誤作動することによって起こっていると考えられる。本研究では rcd1-2 変異体の紫外線やオゾン曝露等に対するストレス応答、および原因遺伝子のクローニングとそのシグナル経路について報告する。, 日本植物生理学会

PR-10/Bet v 1ファミリーは細胞質と核に局在する
宇梶 徳史, 竹澤 大輔, 荒川 圭太, 藤川 清三, 日本植物生理学会年会およびシンポジウム 講演要旨集, 2003, 0, 308, 308, 2003年
冬季に-80℃以下の高い凍結耐性を獲得するクワ(Morus bombycis Koidz.)皮層柔細胞では、秋から冬にかけての季節的低温馴化に伴い、可溶性画分に18kDの分子サイズを有するタンパク質（WAP18）の蓄積が見出される。精製したWAP18は、in vitroに於いて凍結・融解による乳酸脱水素酵素活性低下を防止したことから、WAP18はクワ皮層柔細胞が獲得する冬季の凍結耐性獲得に、何らかの形で貢献するものと推測される。cDNAクローニングにより、WAP18はPR-10/Bet v 1ファミリーと高い相同性を有することが示された。ノーザン解析を行ったところ、WAP18遺伝子は、4℃の低温処理のみならず、wounding、エテフォン、およびサリチル酸による誘導が見られた。
一方、PR-10/Bet v 1ファミリーはその推定されるアミノ酸配列から、細胞質に局在すると推測されているが、正確な細胞内局在は示されていない。そこで、WAP18のクワ皮層柔細胞における細胞内局在を、免疫電子顕微鏡法を用いて観察したところ、細胞質と核に金コロイド標識が見いだされた。このことから、PR-10/Bet v 1ファミリーは細胞質と核に局在することが示唆された。, 日本植物生理学会

シラカンバ木部組織における冬季誘導性の細胞外蛋白質の解析
荒川 圭太, 春日 純, 藤川 清三, 日本植物生理学会年会およびシンポジウム 講演要旨集, 2003, 0, 307, 307, 2003年
寒冷地域に分布する落葉広葉樹のシラカンバ(Betula platyphylla L.)は、秋から冬にかけて季節的な低温馴化過程を経て耐寒性が著しく上昇する。シラカンバの木部放射柔細胞は深過冷却によって凍結抵抗性を高めるが、この抵抗性の誘導には細胞内部だけでなく細胞外部の要因も関連する可能性が考えられる。そこで本研究では、木部組織の凍結抵抗性と関連性のある細胞外因子を見い出すため、低温馴化過程で生じる木部組織での細胞外蛋白質の組成変化を調べ、冬季誘導性蛋白質の同定を試みた。
野外で採集したシラカンバの枝から皮相組織を取り除いて得られた木部組織を材料に用い、短時間の酸性溶液処理により細胞外蛋白質を抽出した。夏と冬に採集した組織からそれぞれ調製した細胞外蛋白質画分の組成をSDS-PAGEにより比較したところ、季節的な低温馴化によって30 kDa付近の複数の蛋白質バンドが顕著に増加していることが明らかになった。これらの冬季誘導性の細胞外蛋白質(WCWPs)を単離して、N末端アミノ酸配列の分析をおこなったところ、互いにアミノ酸配列が類似しており、生体防御に関連するPR蛋白質と相同性を示すことが判明した。また、WCWPsに対する抗体を用いてイムノブロット解析をおこなった結果、これらは互いに冬季誘導性のアイソフォーム蛋白質であることが示唆された。, 日本植物生理学会

ヒメツリガネゴケの耐凍性に関わるABA・低温誘導性プロテインキナーゼの機能解析
南 杏鶴, 長尾 学, 荒川 圭太, 藤川 清三, 竹澤 大輔, 日本植物生理学会年会およびシンポジウム 講演要旨集, 2003, 0, 459, 459, 2003年
植物が低温馴化により耐凍性を獲得する過程では、タンパク質のリン酸化や脱リン酸化が関わっていると考えられている。我々は、蘚類ヒメツリガネゴケ（Physcomitrella patens）原糸体が、ABAや低温、高浸透圧処理によって凍結耐性を上昇することを以前に示した。ABA・低温処理によってmRNAの顕著な発現誘導が起こるPARK(P. patens ABA-responsive protein kinase)遺伝子は、セリン・スレオニンプロテインキナーゼをコードしていた。PARKはシロイロナズナのS-ドメインレセプター様プロテインキナーゼとキナーゼドメインにおいて56.4％の相同性があるが、細胞外ドメインを持たず、N末端は膜貫通ドメインと思われる疎水領域から始まっていた。GST融合タンパク質を用いたPARKのリン酸化活性の解析では、ミエリン塩基性タンパク質やヒストンIIISの基質をリン酸化し、PARK自身も自己リン酸化することが分かった。また、GFP融合遺伝子による解析では、PARKの細胞膜周辺への局在が示された。PARK遺伝子破壊株の耐凍性を調べた結果、ABAや低温処理した破壊株では、野生株より低い凍結耐性を示した。これらの結果から、PARKが細胞膜結合型プロテインキナーゼとして、ヒメツリガネゴケのABAや低温による凍結耐性上昇のシグナル伝達の制御に関与している可能性が示唆された。, 日本植物生理学会

Molecular chaperone activity of ER-localized small heat shock proteins that accumulated in cortical parenchyma cells of mulberry tree during winter in vitro
N Ukaji, D Takezawa, K Arakawa, S Fujikawa, PLANT AND CELL PHYSIOLOGY, 43, S116, S116, 2002年
英語, 研究発表ペーパー・要旨（国際会議）

ABA-induced freezing tolerance in moss Physcomitrella patens and physiological changes
M Nagao, A Minami, K Arakawa, S Fujikawa, D Takezawa, PLANT AND CELL PHYSIOLOGY, 43, S168, S168, 2002年
英語, 研究発表ペーパー・要旨（国際会議）

ABA-INDUCED FREEZING TOLERANCE IN Physcomitrella patens AND GENE EXPRESSION :
NAGAO Manabu, MINAMI Anzu, TAKEZAWA Daisuke, ARAKAWA Keita, FUJIKAWA Seizo, Plant and cell physiology, 42, s121, 2001年
Japanese Society of Plant Physiologists, 英語

ANTIFUNGAL EFFECT OF WAS-3a PROTEIN TO SNOW MOLD IN WINTER WHEAT :
KUWABARA Chikako, TAKEZAWA Daisuke, Fujikawa Seizo, ARAKAWA Keita, Plant and cell physiology, 42, s142, 2001年
Japanese Society of Plant Physiologists, 英語

Accumulation of 18kD Intracellular Pathogenesis-Related Proteins in Cortical Parenchyma Cells of Mulberry Tree during Seasonal Cold Acclimation :
Ukaji Norifumi, Takezawa Daisuke, Arakawa Keita, Fujikawa Seizo, Plant and cell physiology, 42, s143, 2001年
Japanese Society of Plant Physiologists, 英語

POSSIBLE FUNCTIONS OF EXTRACELLULAR PROTEINS IN WINTER HARDINESS OF PLANTS :
ARAKAWA Keita, TAKEZAWA Daisuke, KUWABARA Chikako, KURODA Katsushi, YOSHIDA Shizuo, FUJIKAWA Seizo, Plant and cell physiology, 42, s12, 2001年
Japanese Society of Plant Physiologists, 英語

The Function of the ABA-induced Thaumatin-like Protein in Winter Wheat Cells :
KUWABARA Chikako, ARAKAWA Keita, TAKEZAWA Daisuke, FUJIKAWA Seizo, Plant and cell physiology, 41, s50, 2000年
Japanese Society of Plant Physiologists, 英語

Gene expression of WAP20 and WAP27 :
UKAJI Norifumi, TAKEZAWA Daisuke, ARAKAWA Keita, FUJIKAWA Seizo, Plant and cell physiology, 41, s48, 2000年
Japanese Society of Plant Physiologists, 英語

DIVERSITY OF PROTEINS EXPRESSED IN OVERWINTERING PLANTS UNDER THE LOW TEMPERATURE ENVIRONMENT :
TAKEZAWA Daisuke, ARAKAWA Keita, YOSHIDA Shizuo, FUJIKAWA Seizo, Plant and cell physiology, 41, s10, 2000年
Japanese Society of Plant Physiologists, 英語

WAS-3, the ABA-induced Thaumatin-like Protein, in Suspension-cultured Cells of Winter Wheat
KUWABARA Chikako, ARAKAWA Keita, TAKEZAWA Daisuke, FUJIKAWA Seizo, Plant and cell physiology, 40, s75, s75, 1999年03月
英語

Characterization of WAP27 ; the proteins which accumulation in the ER during winter of mulbery (Morus bombycis Koidz) cortical cells
UKAJI Norifumi, TAKEZAWA Daisuke, ARAKAWA Keita, FUJIKAWA Seizo, Plant and cell physiology, 40, s104, s104, 1999年03月
英語

DECREASE IN LEVELS OF PLASMA MEMBRANE PROTEINS FROM JERUSALEM ARTICHOKE TUBERS FROZEN AT SUBLETHAL TEMPERATURE
ARAKAWA Keita, HANAZAKI Mitsuru, YOSHIDA Shizuo, Plant and cell physiology, 40, s104, s104, 1999年03月
英語

Molecular Cloning of ABA-induced Secretory Protein (WAS-2) in Winter Wheat Cultured Cells
KUWABARA Chikako, TAKEZAWA Daisuke, ARAKAWA Keita, YOSHIDA Shizuo, Plant and cell physiology, 39, S92, S92, 1998年05月
英語

Increase of ER Protein During Cold Accumulation in Mulberry Twig
UKAJI Norifumi, TAKEZAWA Daisuke, ARAKAWA Keita, FUJIKAWA Seizo, YOSHIDA Shizuo, Plant and cell physiology, 39, S139, S139, 1998年05月
英語

ABA-INDUCED ACCUMULATION OF A 19-kDa PLASMA MEMBRANE POLYPEPTIDE IN SUSPENSION CULTURED-CELLS OF WINTER WHEAT AND ITS RELATIONSHIP TO THE INDUCTION OF FREEZING TOLERANCE
KOIKE Michiya, TAKEZAWA Daisuke, ARAKAWA Keita, YOSHIDA Shizuo, Plant and cell physiology, 38, s97, 1997年03月
英語

CHANGES IN PROTEIN COMPOSITION DURING COLD ACCLIMATION IN ORCHARD GRASS
ARAKAWA Keita, YOSHIDA Shizuo, Plant and cell physiology, 38, s97, 1997年03月
英語

BIOCHEMICAL ANALYSIS OF ABSCISIC ACID-INDUCED SECRETION OF PROTEINS IN SUSPENSION-CULTURED CELLS OF WINTER WHEAT
KUWABARA Chikako, ARAKAWA Keita, YOSHIDA Shizuo, Plant and cell physiology, 38, s42, 1997年03月
英語

低温馴化過程におけるオーチャードグラスのタンパク質組成の変動
荒川 圭太, 吉田 静夫, 日本植物学会大会研究発表記録 = Proceedings of the annual meeting of the Botanical Society of Japan, 60, 114, 114, 1996年10月
日本語

キクイモ細胞の凍結傷害と細胞壁の役割
村井 麻理, 荒川 圭太, 吉田 静夫, 日本植物学会大会研究発表記録 = Proceedings of the annual meeting of the Botanical Society of Japan, 60, 261, 261, 1996年10月
日本語

ANALYSIS OF PHYSIOLOGICAL FACTORSGOVERNING THE DEVELOPMENT OF FREEZING TOLERANCE IN SALT GREEN(Brassica campestris L.)
MURAI Mari, ARAKAWA Keita, YOSHIDA Shizuo, Plant and cell physiology, 36, S141, 1995年03月
英語

INACTIVATION OF VACUOLAR H^+-ATPase IN CUCUMBER COTYLEDONS CAUSED BY CHILLING TREATMENT
KAWAMURA Yukio, ARAKAWA Keita, YOSHIDA Shizuo, Plant and cell physiology, 36, S141, 1995年03月
英語

PURIFICATION OF ABA-INDUCED 19-KD PLASMAMEMBRANE POLYPEPTIDE FROM CELL SUSPENSION CULTURES OF WINTERWHEAT
KOIKE Michiya, ARAKAWA Keita, YOSHIDA Shizuo, Plant and cell physiology, 36, S127, 1995年03月
英語

厳しい冬を乗り越える植物 -植物の耐凍性について-　　　　　　　　　　　　　　　
荒川圭太, 東北大学遺伝生態研究センター通信, 4, 5, 1995年, ［筆頭著者, 責任著者］
日本語, 記事・総説・解説・論説等（その他）

BETAINE ALDEHYDE DEHYDROGENASE PROTEIN IS PRESENT IN LEAVES OF BOTH BETAINE ACCUMULATORS AND NONACCUMULATORS IN VARIOUS CEREAL PLANTS　　　　　　　　　　　　　　　
ARAKAWA, K, MIZUNO, K, TAKABE, T, PHOTOSYNTHESIS RESEARCH, 34, 1, 218, 218, 1992年10月
英語, 研究発表ペーパー・要旨（国際会議）

IMMUNOLOGICAL STUDIES OF BETAINE ALDEHYDE DEHYDROGENASE IN BARLEY　　　　　　　　　　　　　　　
ARAKAWA, K, MIZUNO, K, TAKABE, T, PHOTOSYNTHESIS RESEARCH, 34, 1, 217, 217, 1992年10月
英語, 研究発表ペーパー・要旨（国際会議）

木本植物の生理生態
小池, 孝良, 北尾, 光俊, 市栄, 智明, 渡辺, 誠(農学), 11.5 低温応答
共立出版, 2020年11月, 9784320058125, xvi, 235p, 図版 [8] p, 日本語, ［分担執筆］

低温環境の科学事典
河村, 公隆, 樹木細胞の凍結挙動
朝倉書店, 2016年07月29日, 425416128X, 432, 日本語, ［分担執筆］

木質の構造
日本木材学会, 第３章３ 環境ストレスと形成層活動
文永堂出版, 2011年04月, 9784830041204, xii, 313p, 日本語, ［分担執筆］

越冬における樹木アポプラストの生理機能
科学研究費助成事業
2024年04月01日 - 2027年03月31日
荒川 圭太, 鈴木 伸吾
日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 24K09012

氷点下における樹木細胞壁の役割
科学研究費助成事業 基盤研究(C)
2021年04月01日 - 2024年03月31日
荒川 圭太, 重冨 顕吾, 鈴木 伸吾
多くの植物植物は、氷点下温度にさらされると細胞外の水から凍結が始まり、それにともなって細胞は脱水を生じる。このような挙動は細胞外凍結と呼ばれ、樹木では緑葉や樹皮の細胞などが細胞外凍結する。そこでカツラの樹皮から細胞壁画分を調製して調べると、水を凍結へと導く氷核形成を促す活性（氷核活性）が検出された。そこで本研究では、カツラ樹皮から検出された氷核活性の原因物質を特定し、細胞外凍結における役割について調べることを目的とした。初年度は、カツラ樹皮由来の氷核活性成分の特定とその性質について調べることを主な目標とした。
氷核活性成分の調製には、冬季のカツラ樹皮から抽出した細胞壁画分を用い、既知の氷核活性物質と比較しながら活性成分の分画を進めた。細胞壁から水で抽出できた活性画分を用い、熱処理や酸処理、アルカリ処理などの活性への影響について調べたところ、既知の氷核物質であるシュウ酸カルシウムや氷核タンパク質とは性質は異なることが示唆された。これらの処理に加え、限外濾過を利用した簡易的なサイズ分画も併用し、活性成分の部分精製を進めて性質を調べるとともに、スケールアップして活性画分を回収して構造解析にも用いた。
これまでの実験によって知り得た活性成分の性質を鑑み、二次元NMR解析などで構造解析を進めたところ、活性成分は多糖類であることが示唆され、その主たる構成糖などの知見が得られた。氷核活性成分の機能解析については、活性の濃度依存性や季節変動の有無、抗氷核ポリフェノール類による活性阻害の有無について検証などを進めている。また、既知の氷核物質との活性比較を試みたが、それぞれの研究によって活性測定条件が異なることもあり、構造特性や活性の比較を論ずるには慎重な判断を要することを改めて認識した。２年目も研究計画に沿って引き続き氷核活性成分の構造や活性の特性に注目して実験を進めていく予定である。
日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 21K05699

樹木の越冬に学ぶ水の凍結制御機構
科学研究費助成事業 基盤研究(B)
2015年04月01日 - 2018年03月31日
荒川 圭太, 福士 幸治
抗氷核ポリフェノールが有する氷核形成阻害活性（過冷却促進活性または抗氷核活性）の作用機構を解析するため、氷核細菌Erwinia ananasの氷核タンパク質inaAを活性評価系に利用することにした。inaAにヒスチジンタグを付した組換えタンパク質（His-inaA）を大腸菌で発現させ、その菌体の粗抽出液からHis-inaAをアフィニティ精製したところ、可溶性His-inaA画分でも氷核活性が検出された。さらに、この可溶性His-inaA画分に抗氷核ポリフェノールを添加すると氷核活性が抑制された。
日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 15H04615

植物の凍霜害防止のための新戦略
科学研究費助成事業 挑戦的萌芽研究
2015年04月01日 - 2017年03月31日
福士 幸治, 荒川 圭太, 実山 豊
65種類の植物葉の粗抽出を従来のドロップレット凍結法で試験した結果、植物葉抽出物に氷核形成阻害物質(過冷却促進活性)が広く認められ、特に、アカエゾマツ、レッドマスタード、クマイザサ、バッコヤナギ、ゲッケイジュ、スダチ、アカジソ、チャノキ、セイヨウタンポポ葉の活性が強かった。特に活性が強かった植物葉粗抽出物を、新たに開発したリーフディスク凍結試験法に供試した結果、植物葉上でも凍結を押さえる作用が認められた。従って、本法を用いて未利用の植物葉から新規な過冷却促進物質が期待される。現在、植物葉抽出物を用いた茶園の防霜に関する共同研究について協議中である。
日本学術振興会, 挑戦的萌芽研究, 北海道大学, 15K14667

木質バイオマス生産を支える樹木冬芽の越冬機構の解明
科学研究費助成事業 基盤研究(C)
2011年 - 2013年
荒川 圭太
冬芽の越冬機構である凍結適応機構と休眠について調べた。カラマツ冬芽の凍結挙動を低温走査型電子顕微鏡（cryo-SEM）等で調べると、原基の細胞は部分脱水するものの、細胞内に残存する水は深過冷却していることが示唆された。また、冬芽ではピニトールやスクロースなどが主要な炭水化物として蓄積していたが、それだけでは過冷却能を説明できないものと考えられた。また、カラマツ冬芽の自発休眠が解除されて強制休眠へ移行する過程での可溶性タンパク質組成の変化をLC-MS/MS法で調べると、自発休眠から強制休眠に移行する比較的短期間ではタンパク質組成は大きく変化しないことが示唆された。
日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 23580453

森林資源の供給と有効利用を目指した環境ストレス耐性樹種の創製
科学研究費助成事業 基盤研究(C)
2008年 - 2010年
荒川 圭太
本研究では、形質転換可能なモデル樹種の交雑ポプラ(Populus tremula×P.alba)に、ニホンカラマツ(Larix kaempferi)木部由来の冬季誘導性ガラクチノール合成遺伝子を導入し、ラフィノース合成による凍結ストレス耐性の向上を試みた。当該遺伝子発現によって緑葉、師部、木部の各組織でラフィノース含量が有意に増加したが、師部や木部の凍結抵抗性には明確な差は見られなかったものの、低温馴化した緑葉で凍結ストレス耐性に有意な差が見られた。
日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 20580360

樹木木部柔細胞の過冷却促進物質の網羅的構造同定と大量獲得法の検討
科学研究費助成事業 基盤研究(B)
2008年 - 2010年
藤川 清三, 福士 幸治, 荒川 圭太
寒冷環境において-40℃まで凍らない樹木木部柔細胞から、過冷却を促進する物質(氷核形成阻害物質)の探索を行い、数種類のフラボノール配糖体および数種類の加水分解型タンニンを同定した。この知見に基づき、類似の化学構造を持つ数十種類のフラボノイド配糖体、および数十種類の加水分解型・縮合型タンニンが過冷却活性を持つことを解明した。これらのうち、大量に獲得できる化合物を用い、過冷却促進新素材としての応用を検討した。
日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 連携研究者, 競争的資金, 20380099

産業利用を目的とした遺伝子組換えポプラの野外実験
科学研究費助成事業 基盤研究(A)
2007年 - 2010年
林 隆久, 谷口 亨, 馬場 啓一, 海田 るみ, 太田 誠一, 磯貝 明, 舘野 正樹, 吉田 正人, 菊池 彰, 西窪 伸之, 荒川 圭太, 加来 友美, 朴 龍又, 栗田 学, 坪村 美代子, 渡邊 和男, 間野 絵梨子
キシログルカンを分解するキシログルカナーゼ(AaXEG2)を構成発現させたポプラを野外で4年間植栽した。発現レベルの変化、木部・葉・根の形態を解析した。発現のレベルは貧栄養土壌で高くなり、富貧栄養土壌で低くなった。葉は、陽葉の表現型を保った。プロテオミクスにより、全ての部位でストレスに関連する遺伝子の発現が増加したが、木部ではあて材に関するタンパク質の発現が認められた。木部の強度は、野生株と比べて減少し、枝を振動させると、振幅は長く続いた。
日本学術振興会, 基盤研究(A), 19208016

樹木木部柔細胞からの過冷却促進物質の同定とその応用に関する研究
科学研究費助成事業 基盤研究(B)
2005年 - 2007年
藤川 清三, 荒川 圭太
樹木の木部柔細胞は-40℃以下の低温まで長期間にわたり細胞内の水を液体状態で保つ、深過冷却という特殊な氷点下温度への適応機構を示す。この深過冷却のメカニズムを明らかにするために、深過冷却する木部柔細胞を持つ数種の樹木の木部からメタノール抽出により木部粗抽出物を得て過冷却活性を測定した。その結果、いずれも高い過冷却活性が得られた。抽出物が最も高い過冷却活性を示したカツラを用いて、氷核形成阻害物質の同定を行った。この結果、カツラ木部には非常に多種類の氷核形成阻害物質が存在することが明らかになった。液一液分離、シリカゲルカラムクロマトグラフィー、HPLCによる段階的な精製の結果、最終的に最も活性の高いシリカゲルカラムクロマトグラフィー画分から4つのピークを得て、化合物をNMRなどにより同定した結果、これらはケルセチンー3-0一グルコシド、ケンフェロールー7-0一グルコシド、8一メトキシケンフェロールー3-0一グルコシド、ケンフェロールー3-0一グルコシドであり、それぞれ2.8℃,9.0℃,3.4℃,4.0℃の高い過冷却活性を示した。これらのうち、ケンフェロールー7-0一グルコシドの示す9.0℃の過冷却活性はこれまでに知られている物質中で最大の活性であった。これらフラボノール配糖体の木部柔細胞内の局在を明らかにすると共に、引き続きこれら物質の木部柔細胞への蓄積の季節性および組織特異性を明らかにした。
併せて、樹木からの粗抽出物、および精製したフラボノール配糖体にはバルクの水を過冷却させる効果を持つことを明らかにし、特許出願した。これに基づいて、動物からの摘出臓器の過冷却保存への応用、清涼飲料への添加の効果、および凍結制御剤としての使用を検討した。いずれも良好な結果が得られ現在、その応用に関する幾つかの周辺特許権の獲得を目指している。
日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 連携研究者, 競争的資金, 17380101

酸性雪による越冬性植物の傷害発生機構の解明と耐性付与のための分子基盤の構築
科学研究費助成事業 基盤研究(C)
2004年 - 2005年
荒川 圭太
化石燃料の消費によって大気中に放出された硫黄酸化物(SOx)や窒素酸化物(NOx)による酸性雨・酸性霧は地球規模の環境問題である。降雨などに混じる酸性物質(硫酸、硝酸など)が直接的もしくは間接的に植生や農作物の生産性・品質に少なからぬ影響を及ぼすことが懸念される。
降雨の酸性化と同様に雪氷の酸性化(酸性雪)も徐々に進行している。酸性雪は冬期間かつ寒冷地域での気象現象であるため、酸性雨に比べてその関心度は低い。酸性雪は地表面に留まる時間が長いため、酸性雪に覆われた植物は、氷点下温度と酸性物質による複合的環境ストレスを長期間にわたって被ることになる。そのため、酸性雪は融雪後の植物の生長に影響を及ぼす環境要因のひとつと考えられるが、酸性雪による植物への影響やその応答性について検証した例は見ない。そこで本研究では、酸性雪によるストレスを実験室レベルでシミュレーションし、酸性雪による越冬性植物の傷害発生機構を解析して酸性雪耐性付与への分子基盤の構築を目指した。
これまでに、越冬性作物である冬小麦を用い、酸性雪ストレスをシミュレーションする実験系を構築して酸性雪ストレスに対する冬小麦緑葉の応答性を調べてきた。その結果、酸性物質(硫酸)存在下で凍結融解処理することによって冬小麦緑葉の生存率が低下するのは、共存する硫酸が凍結濃縮されることによって生じるpH低下が主たる要因であることを明らかにした(Plant and Cell Physiology誌に掲載予定)。しかし、酸性雪ストレスによる越冬性作物の傷害発生の分子機構を詳細に解明するまでにはまだ至っていない。今後も当研究課題に関連した生理学的・生化学的解析を継続し、越冬性植物の分子育種による酸性雪耐性の付与や酸性雪耐性品種の選抜による生産性向上・植生回復などへ応用するための分子基盤の構築を試みる所存である。
日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 16580270

北方樹木の未利用有効資源活用のための分子生物学的研究
科学研究費助成事業 基盤研究(B)
2002年 - 2004年
藤川 清三, 船田 良, 佐野 雄三, 荒川 圭太
北方樹木の寒冷環境適応機構を分子レベルで研究を行った。樹木構成細胞は組織により、冬季の樹幹内水分の凍結に対する適応機構が異なり、師部組織柔細胞は細胞外凍結による適応をするのに対して、木部組織柔細胞は深過冷却という凍結回避により適応する。
細胞外凍結では、凍結脱水に対する抵抗性を獲得することにより、北方樹木の師部柔細胞は液体窒素温度の凍結にも耐える。このような高い凍結耐性を持つ北方樹木、クワの皮層柔細胞内の小胞体(ER)にグループ3Late Embryogenesis Aboundant (LEA)タンパク質が,冬季特異的に蓄積することを明らかにした。このタンパク質をWAP27と命名し、その機能を解析した。WAP27を導入した形質転換シロイヌナズナは植物体レベルで凍結耐性が上昇する事、および単離・精製したWAP27は凍害防止剤として高い活性を持つことを明らかにした。
一方、北方樹木の木部柔細胞は、細胞内水分が液体状態のまま-60℃付近まで過冷却して氷点下温度に適応するという樹木特有の特徴的な適応機構を示す。この機構、すなわち水が安定的に-60℃付近まで凍らない機構を明らかにするため、冬季特異的に発現する遺伝子のフイルター・アレイおよびディファレンシャル・ディスプレイ法による解析、冬季特異的に蓄積するタンパク質の解析、冬季特異的に蓄積する可溶性糖質の解析を行った。樹木木部の網羅的な遺伝子解析は、世界初と思われる。カラマツを用いた遺伝子解析により植物においてはこれまでに報告されていない低温誘導性遺伝子を10数個明らかにした。これらの冬季特異的な遺伝子発現はノーザン・ブロット法により過冷却能力の変化と並行的に発現することを確認した。ブナを用いたタンパク質解析により、季節的および各種処理による過冷却能力の変化と並行的に発現する20数個のタンパク質スポットを確認した。これらのうち、既存の報告で、過冷却を促進する可能性のある不凍タンパク質と高い相同性を示すタンパク質を単離・精製して不凍活性を調べたが顕著な不凍活性は得られなかった。可溶性糖質については過冷却する木部特異的に蓄積する糖はシラカンバを用いた研究では得られなかった。しかし、木部から80%エタノールで抽出した粗画分は、これまでの報告には無い高い過冷却能力を持つことを明らかにし、引き続き物質の同定を行っている。
北方樹木由来のこれら物質は、高凍結抵抗性植物の作出、及び凍結制御剤として広範な産業的応用が期待できる。
日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 連携研究者, 競争的資金, 14360093

樹木木部柔細胞における深過冷却機構の解析　　　　　　　　　　　　　　　
2003年
競争的資金

Study on the mechanism of deep supercooling in xylem cells of woody plants　　　　　　　　　　　　　　　
2003年
競争的資金

遺伝子導入による越年性牧草の耐寒性、耐病性向上のための基礎研究
科学研究費助成事業 基盤研究(B)
2000年 - 2002年
竹澤 大輔, 荒川 圭太, 小澤 修二
本研究では、遺伝子工学的手法によって牧草に凍結耐性や耐病性を付与することを目的とし、マメ科牧草アルファルファを用いて耐病性や耐凍性に関わる因子の探索を行うとともに、形質転換による改変を目的として研究を行ってきた。
導入する遺伝子の侯補として、高い耐寒性を持つ冬小麦からアンチフリーズタンパク質、抗菌タンパク質と相同性のあるタウマチン様タンパク質WAS-3を単離した。形質転換小麦細胞で産生させたWAS-3タンパク質は、雪腐れ菌Microdochium nivaleの菌糸成長を抑制した。WAS-3を過剰発現する形質転換植物は、Fusarium oxysporumの感染が野生株と比べて遅れる傾向が見られた。また、高い耐凍性を持つクワや、蘚類Physcomitrella patensから耐凍性関連遺伝子の探索を行った。クワからは季節的耐凍性上昇とともに蓄積するデハイドリンやLEAIII遺伝子を単離し、これら遺伝子を過剰発現する形質転換植物を作出した。
また、耐凍性を高めることが知られているシロイヌナズナ転写因子CBF3をアルファルファに導入し、選抜薬剤であるカナマイシンに耐性を示す耐性カルスを得、そこから9個体の植物体を再生させることに成功した。形質転換植物体は、CBF3発現植物でしばしばおこる矮化も観察されず、体細胞変異の少ない形質転換体であることが示された。形質転換体におけるCBF3遺伝子の発現をRT-PCRなどにより解析した。これら植物体の低温馴化前後の耐凍性の変化について、電解質溶出法により解析した。
日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 連携研究者, 競争的資金, 12556044

越冬性植物の酸性雪ストレス耐性機構　　　　　　　　　　　　　　　
2002年
競争的資金

低温による樹木構成細胞の細胞壁構造特性の変化
科学研究費助成事業 基盤研究(B)
1999年 - 2001年
藤川 清三, 船田 良, 竹澤 大輔, 荒川 圭太, 佐野 雄三
平成11年度から開始し、本年度で終了する本課題研究では、樹木の寒冷地適応と細胞壁の構造特性について研究を行った。多年生植物で高木の樹木の木部柔細胞は強固な厚い・硬い細胞壁を持つ一方、皮層柔細胞は比較的薄い・柔らかい細胞壁を持つ。当研究では、樹木構成細胞中最も凍結抵抗性が低いために、その凍結抵抗性の限度が樹木の寒冷地への適応の限界要因となっている広葉樹の木部柔細胞が、北方樹木の細胞も含め、すべて深過冷却という凍結回避機構により寒冷環境に適応するという新規の知見を低温走査電子顕微鏡を用いた広汎な観察により明らかにした。また、深過冷却のメカニズムが細胞壁のマイクロ・キャピラリーのサイズに基づくという仮説の誤りを、原形質分離法を用いて、細胞外凍結する皮層柔細胞と深過冷却する木部柔細胞の細胞壁キャピラリーのサイズを測定して明らかにした。深過冷却の度合いが細胞(プロトプラスト)内物質の抽出により大きく減少する事実を明らかにし、木部柔細胞内に新規の不凍蛋白質様物質が蓄積する可能性を示した。細胞内蛋白質の季節的変化の解析を行い、深過冷却能力が最も高い冬季に特異的に蓄積する蛋白質において、これまでに知られていなかった高い過冷却能力を持つ不凍蛋白質の候補を見出し、遺伝子クローニングを続けている。これと共に、比較的薄い・柔らかい細胞壁を持つために、他の草本植物の組織細胞と同様に細胞外凍結により寒冷環境に適応する樹木の皮層柔細胞の凍結耐性獲得のメカニズムに関する研究をモデル植物などを用いて研究した。これらの結果は、植物の中でも樹木ならではの特徴的な環境適応機構を明らかにするとともに、未利用資源としての樹木のストレス誘導性蛋白質の利用の可能性を示唆する。
日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 連携研究者, 競争的資金, 11460075

低温馴化過程で誘導される細胞膜タンパク質の細胞膜構造における機能特性に関する研究
科学研究費助成事業 奨励研究(A)
1995年 - 1995年
荒川 圭太
冬コムギは低温馴化の過程で耐凍性が増大することに並行して細胞膜のタンパク質組成が変動する。そこで本研究では、耐凍性の増大と並行して増加する低分子の細胞膜タンパク質のひとつ(18kDa)に着目し、本タンパク質のcDNAクローニングを通じて細胞膜構造における生理的および機能的役割に関する基礎的知見を得ることを目的とした。そこで、まず最初にcDNAクローニングに必要な18-kDa細胞膜タンパク質のN末端ならびに部分的なアミノ酸配列を決定するとともに、目的タンパク質に対する特異抗体を調製することを試みた。
低温馴化した冬コムギ(Triticum aestivum L.cv.Norstar)苗条から細胞膜画分を調製して、18-kDa細胞膜タンパク質を単離するとともにN末端ならびにプロテアーゼ処理によって得られるペプチド断片のアミノ酸配列決定を試みた。しかし、HPLCによる精製において、目的タンパク質ならびにペプチド断片のカラムからの回収率が極端に低いこと等が原因で最終的な量的調製は非常に困難となり、当初の計画の遂行に支障をきたした。そのため、Norstar品種よりも生長量が大きく栽培し易い冬コムギの別品種(T.aestivum L.cv.Chihoku)に急遽材料を代えて耐凍性の検定や細胞膜タンパク質組成の解析をおこなった。その結果、本品種の耐凍性(LT_<50>)はNorstar品種(-18℃)よりやや低く(-15℃)、18-kDa細胞膜タンパク質に相当すると考えられるタンパク質に関しては、Norstar品種に比べて量的に低いながらも低温馴化によってその含量は増加することが判明した。そのため、本品種を用いて本研究計画の遂行が可能になるものと判断した。現在、当初の計画に基づいてcDNAクローニングをすすめるため、低温馴化した本品種から大量調製した細胞膜画分をもとにして、再度18-kDa細胞膜タンパク質の単離ならびに部分的アミノ酸配列の決定や特異抗体の調製などを試みている。
日本学術振興会, 奨励研究(A), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 07740608

低温耐性型液胞膜H^+-ATPaseの存在とその分子構造特性に関する研究
科学研究費助成事業 一般研究(B)
1993年 - 1994年
吉田 静夫, 荒川 圭太, 前島 正義
植物の液胞は、細胞生長、浸透圧調節、塩類および二次代謝産物などの輸送と貯蔵に重要な役割を果たしており、その原動力は液胞膜にあるプロトン輸送酵素(H^+-ATPase,H^+-PPase)によって生み出される。亜熱帯原産のヤエナリでは、液胞膜H^+-ATPaseの低温による早期失活が液胞内pHの上昇と細胞質pHの酸性化を引き起こすことから、本酵素は細胞内のイオン環境の恒常性維持にきわめて重要な働きを持つと考えられる。これと対照的に低温耐性なエンドウ(温帯植物)では、本酵素は低温に安定で長期間機能が維持される。6数種の豆科植物について検討したところ、本酵素のin vivo条件での低温安定性は植物の低温耐性と密接に関連していることが示された。分離された液胞膜小胞画分にMgATPと共に異なる濃度のchaotropic anionを加えて低温でインキュベートしたときの酵素失活につして比較検討したところ、低温耐性植物と低温感受性植物ではアニオンに対する感受性に著しい違いが認められた。とりわけ、亜硝酸イオンに対する感受性の違いは際だっていた。亜硝酸イオン感受性から本酵素は低温耐性型と低温感受性型に明確に区別される。精製酵素標品についてサブユニット構成を比較すると、68.57.16.13.12kDaの5種は全ての植物に共通であるが、30-4zkDaの4種類のサブユニットには分子サイズに違いが忍められた16kDa(Vo)k等電点は低温耐性型酵素により酸性側であり、免疫科学的な性質も著しく異なっていた。ヤエナリの16kDa抗体は低温感受性のそれを認識できるが低温耐性型のそれを全く認識できない。この事実は、16kDaの分子構造が酵素複合体の低温安定性を大きく左右する要素の一つであることを示唆しているものと思われ、現在、分子構造特性の解析を急いでいる。
日本学術振興会, 一般研究(B), 北海道大学, 連携研究者, 競争的資金, 05454012

木本ならびに草本植物の寒冷適応機構の研究　　　　　　　　　　　　　　　
1992年
競争的資金

Study on plant cold hardiness　　　　　　　　　　　　　　　
1992年
競争的資金

排気浄化システム　　　　　　　　　　　　　　　
特許権, 布施卓哉, 藤川清三, 荒川圭太, 宇梶慎子
特願2016-026154, 2016年02月15日
特許6655414
2020年02月05日, 株式会社デンソー; 国立大学法人北海道大学

不凍性液体　　　　　　　　　　　　　　　
特許権, 藤川清三, 荒川圭太, 宇梶慎子, 福士幸治, 浦木康光, 寺内隆二, 高岡尚生, 栃木弘
特願2011-169821, 2011年08月03日
特許6319932, 2018年04月13日
国立大学法人北海道大学; コスモ石油ルブリカンツ株式会社

Supercooling promoting agents　　　　　　　　　　　　　　　
特許権
WO2008/007684