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三輪 京子 (ミワ キヨウコ)
| 地球環境科学研究院 環境生物科学部門 環境分子生物学分野 | 教授 |
| ダイバーシティ・インクルージョン推進本部 | 教授 |
研究者基本情報
■ 学位■ URL
researchmap URLホームページURL■ ID 各種
ORCID IDResearcher ID
- JFB-3157-2023
研究キーワード研究分野■ 担当教育組織
経歴
■ 経歴経歴
- 2024年04月 - 現在
北海道大学, 大学院地球環境科学研究院, 教授 - 2014年04月 - 2024年03月
北海道大学, 大学院地球環境科学研究院, 准教授 - 2021年08月 - 2023年07月
文部科学省学術調査官 - 2009年09月 - 2014年03月
北海道大学, 創成研究機構, 特任助教 - 2009年04月 - 2009年09月
東京大学, 生物生産工学研究センター, 日本学術振興会特別研究員 - 2008年04月 - 2009年03月
東京大学, 生物生産工学研究センター, 特任研究員 - 2006年04月 - 2008年03月
東京大学, 大学院農学生命科学研究科, 日本学術振興会特別研究員
研究活動情報
■ 論文- Characterization and modeling of the borate transporter BOR3 suggest a mode of directional transport
Naoyuki Sotta; Shigeki Takada; Kyoko Miwa; Junpei Takano; Yukari Kawata; Verônica A Grieneisen; Toru Fujiwara; Athanasius F M Marée
Plant Physiology, 2026年07月02日
研究論文（学術雑誌） - Establishment of an antimetabolite-based transformation system for the wood-decaying basidiomycete Phanerochaete chrysosporium
Kazuma Masumoto; Petra Banko; Ayane Yamamoto; Kyoko Miwa; Chiaki Hori
Applied and Environmental Microbiology, 2025年10月22日, ［査読有り］
研究論文（学術雑誌） - Defense-related callose synthase PMR4 promotes root hair callose deposition and adaptation to phosphate deficiency in
Arabidopsis thaliana
Kyoko Miwa
BioRxiv, 120, 2639, 2655, 2024年11月15日, ［査読有り］
研究論文（学術雑誌）, Plants acquire phosphorus (P) primarily as inorganic phosphate (Pi) from the soil. Under Pi deficiency, plants induce an array of physiological and morphological responses, termed phosphate starvation response (PSR), thereby increasing Pi acquisition and use efficiency. However, the mechanisms by which plants adapt to Pi deficiency remain to be elucidated. Here, we report that deposition of a β-1,3-glucan polymer called callose is induced in Arabidopsis thaliana root hairs under Pi deficiency, in a manner independent of PSR-regulating PHR1/PHL1 transcription factors and LPR1/LPR2 ferroxidases. Genetic studies revealed PMR4 (GSL5) callose synthase being required for the callose deposition in Pi-depleted root hairs. Loss of PMR4 also reduces Pi acquisition in shoots and plant growth under low Pi conditions. The defects are not recovered by simultaneous disruption of SID2, mediating defense-associated salicylic acid (SA) biosynthesis, excluding SA defense activation from the cause of the observed pmr4 phenotypes. Grafting experiments and characterization of plants expressing PMR4 specifically in root hair cells suggest that a PMR4 pool in the cell type contributes to shoot growth under Pi deficiency. Our findings thus suggest an important role for PMR4 in plant adaptation to Pi deficiency. - Mutations in type II Golgi-localized proton pyrophosphatase AVP2;1/VHP2;1 affect pectic polysaccharide rhamnogalacturonan-II and alter root growth under low boron condition in Arabidopsis thaliana.
Amarachukwu Faith Onuh; Kyoko Miwa
Frontiers in Plant Science, 14, 1255486, 1255486, 2023年, ［査読有り］, ［責任著者］, ［国際誌］
英語, 研究論文（学術雑誌）, The essential plant nutrient boron is required for the crosslinking of the pectin polysaccharide, rhamnogalacturonan II (RG-II). The synthesis of the pectic polysaccharides takes place in the Golgi apparatus, acidified by proton pumps. AVP2;1/VHP2;1 is a type II proton pyrophosphatase localized in the Golgi apparatus, which possesses proton pumping activity coupled with pyrophosphate hydrolysis. Its activity and expression patterns have been previously revealed but its role in plants remains unknown. The aim of the present work therefore was to explore the physiological role of AVP2;1 in Arabidopsis thaliana. In the screening of mutants under low boron, a mutant carrying a missense mutation in AVP2;1 was isolated. This mutant showed increased primary root growth under low boron conditions but no significant difference under normal boron condition compared to wild type plants. T-DNA insertion caused similar growth, suggesting that reduced function of AVP2;1 was responsible. Root cell observation revealed an increase in meristematic zone length, cell number in meristem and length of matured cell in avp2;1 mutants compared to wild type under low boron. Calcium concentration was reduced in mutant root cell wall under low boron. RG-II specific sugars also tended to be decreased in mutant root cell wall under low and normal boron conditions. These results suggest that changes in cell wall component by mutations in AVP2;1 may possibly explain the increased root length of mutants under low boron. This supports the idea that AVP2;1 plays a role in pH homoeostasis in Golgi apparatus for pectin synthesis. - Translational Landscape of a C4 plant, Sorghum bicolor, under Normal and Sulfur Deficient Conditions.
Naoyuki Sotta; Yukako Chiba; Haruka Aoyama; Seidai Takamatsu; Takamasa Suzuki; Kyoko Miwa; Yui Yamashita; Satoshi Naito; Toru Fujiwara
Plant & Cell Physiology, 2022年02月14日, ［査読有り］, ［国内誌］
英語, 研究論文（学術雑誌）, Recent accumulation of genomic and transcriptomic information has facilitated genetic studies. Increasing evidence has demonstrated that translation is an important regulatory step, and the transcriptome does not necessarily reflect the profile of functional protein production. Deep sequencing of ribosome-protected mRNA fragments (ribosome profiling, or Ribo-seq) has enabled genome-wide analysis of translation. Sorghum is a C4 cereal important not only as food, but also as forage and a bioenergy resource. Its resistance to harsh environments has made it an agriculturally important research subject. Yet genome-wide translational profiles in sorghum are still missing. In this study, we took advantage of Ribo-seq and identified actively translated reading frames throughout the genome. We detected translation of 4,843 main open reading frames (ORFs) annotated in the sorghum reference genome version 3.1 and revealed a number of unannotated translational events. A comparison of the transcriptome and translatome between sorghums grown under normal and sulfur-deficient conditions revealed that gene expression is modulated independently at transcript and translation levels. Our study revealed the translational landscape of sorghum's response to sulfur and provides datasets that could serve as a fundamental resource to extend genetic research on sorghum, including studies on translational regulation. - Regulation, Diversity and Evolution of Boron Transporters in Plants
Kyoko Miwa
Plant and Cell Physiology, 62, 4, 590, 599, 2021年09月24日, ［査読有り］, ［責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Global analysis of boron‐induced ribosome stalling reveals its effects on translation termination and unique regulation by AUG‐stops in Arabidopsis shoots
Naoyuki Sotta; Yukako Chiba; Kyoko Miwa; Seidai Takamatsu; Mayuki Tanaka; Yui Yamashita; Satoshi Naito; Toru Fujiwara
The Plant Journal, 106, 5, 1455, 1467, Wiley, 2021年06月26日, ［査読有り］, ［国際誌］
英語, 研究論文（学術雑誌）, We previously reported that ribosome stalling at AUG-stop sequences in the 5'-untranslated region plays a critical role in regulating the expression of Arabidopsis thaliana NIP5;1, which encodes a boron uptake transporter, in response to boron conditions in media. This ribosome stalling is triggered specifically by boric acid, but the mechanisms are unknown. Although upstream open reading frames (uORFs) are known in many cases to regulate translation through peptides encoded by the uORF, AUG-stop stalling does not involve any peptide synthesis. The unique feature of AUG-stops - that termination follows immediately after initiation - suggests a possible effect of boron on the translational process itself. However, the generality of AUG-stop-mediated translational regulation and the effect of boron on translation at the genome scale are not clear. Here, we conducted a ribosome profiling analysis to reveal the genome-wide regulation of translation in response to boron conditions in A. thaliana shoots. We identified hundreds of translationally regulated genes that function in various biological processes. Under high-boron conditions, transcripts with reduced translation efficiency were rich in uORFs, highlighting the importance of uORF-mediated translational regulation. We found 673 uORFs that had more frequent ribosome association. Moreover, transcripts that were translationally downregulated under high-boron conditions were rich in minimum uORFs (AUG-stops), suggesting that AUG-stops play a global role in the boron response. Metagene analysis revealed that boron increased the ribosome occupancy of stop codons, indicating that this element is involved in global translational termination processes. - Golgi-localized membrane protein AtTMN1/EMP12 functions in the deposition of rhamnogalacturonan II and I for cell growth in Arabidopsis
Akihiko Hiroguchi; Shingo Sakamoto; Nobutaka Mitsuda; Kyoko Miwa
Journal of Experimental Botany, 72, 10, 3611, 3629, Oxford University Press ({OUP}), 2021年05月04日, ［査読有り］, ［責任著者］, ［国際誌］
英語, 研究論文（学術雑誌）, Appropriate pectin deposition in cell walls is important for cell growth in plants. Rhamnogalacturonan II (RG-II) is a portion of pectic polysaccharides; its borate crosslinking is essential for maintenance of pectic networks. However, the overall process of RG-II synthesis is not fully understood. To identify a novel factor for RG-II deposition or dimerization in cell walls, we screened Arabidopsis mutants with altered boron (B)-dependent growth. The mutants exhibited alleviated disorders of primary root and stem elongation, and fertility under low B, but reduced primary root lengths under sufficient B conditions. Altered primary root elongation was associated with cell elongation changes caused by loss of function in AtTMN1 (Transmembrane Nine 1)/EMP12, which encodes a Golgi-localized membrane protein of unknown function that is conserved among eukaryotes. Mutant leaf and root dry weights were lower than those of wild-type plants, regardless of B conditions. In cell walls, AtTMN1 mutations reduced concentrations of B, RG-II specific 2-keto-3-deoxy monosaccharides, and rhamnose largely derived from rhamnogalacturonan I (RG-I), suggesting reduced RG-II and RG-I. Together, our findings demonstrate that AtTMN1 is required for the deposition of RG-II and RG-I for cell growth and suggest that pectin modulates plant growth under low B conditions. - Involvement of boron transporter BOR1 in growth under low boron and high nitrate conditions in Arabidopsis thaliana
Qing Wang; Wenna Zhang; Hua Xiao; Naoyuki Sotta; Marcel P. Beier; Junpei Takano; Kyoko Miwa; Lihong Gao; Toru Fujiwara
Physiologia Plantarum, 171, 4, 703, 713, Wiley, 2021年04月, ［査読有り］
研究論文（学術雑誌） - Boron-dependent translational suppression of the borate exporter BOR1 contributes to the avoidance of boron toxicity
Izumi Aibara; Tatsuya Hirai; Koji Kasai; Junpei Takano; Hitoshi Onouchi; Satoshi Naito; Toru Fujiwara; Kyoko Miwa
Plant Physiology, 177, 2, 759, 774, American Society of Plant Biologists, 2018年06月01日, ［査読有り］, ［責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Effect of Exogenous General Plant Growth Regulators on the Growth of the Duckweed Lemna minor
Desi Utami; Ami Kawahata; Masayuki Sugawara; Rahul N. Jog; Kyoko Miwa; Masaaki Morikawa
Frontiers in Chemistry, 6, 251, 2018年, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - The Minimum Open Reading Frame, AUG-Stop, Induces Boron-Dependent Ribosome Stalling and mRNA Degradation.
Mayuki Tanaka; Naoyuki Sotta; Yusuke Yamazumi; Yui Yamashita; Kyoko Miwa; Katsunori Murota; Yukako Chiba; Masami Yokota Hirai; Tetsu Akiyama; Hitoshi Onouchi; Satoshi Naito; Toru Fujiwara
The Plant cell, 28, 11, 2830, 2849, 2016年11月, ［査読有り］, ［国際誌］
英語, 研究論文（学術雑誌）, Upstream open reading frames (uORFs) are often translated ahead of the main ORF of a gene and regulate gene expression, sometimes in a condition-dependent manner, but such a role for the minimum uORF (hereafter referred to as AUG-stop) in living organisms is currently unclear. Here, we show that AUG-stop plays an important role in the boron (B)-dependent regulation of NIP5;1, encoding a boric acid channel required for normal growth under low B conditions in Arabidopsis thaliana High B enhanced ribosome stalling at AUG-stop, which was accompanied by the suppression of translation and mRNA degradation. This mRNA degradation was promoted by an upstream conserved sequence present near the 5'-edge of the stalled ribosome. Once ribosomes translate a uORF, reinitiation of translation must take place in order for the downstream ORF to be translated. Our results suggest that reinitiation of translation at the downstream NIP5;1 ORF is enhanced under low B conditions. A genome-wide analysis identified two additional B-responsive genes, SKU5 and the transcription factor gene ABS/NGAL1, which were regulated by B-dependent ribosome stalling through AUG-stop. This regulation was reproduced in both plant and animal transient expression and cell-free translation systems. These findings suggest that B-dependent AUG-stop-mediated regulation is common in eukaryotes. - Using Microbial Biofilms to Enhance the Phytoremediation of Contaminants in Soil and Water - A Trial for Sustainable Phenol Degradation by Duckweed-colonizing Biofilms
Kyoko Miwa
Biofilms in Bioremediation: Current Research and Emerging Technologies, 2016年
研究論文（学術雑誌） - Synthesis of borate cross-linked rhamnogalacturonan II
Hiroya Funakawa; Kyoko Miwa
FRONTIERS IN PLANT SCIENCE, 6, 223, 2015年04月, ［査読有り］, ［責任著者］
英語 - Mineral transport and sensing in plants.
高野順平; Kuo-Chen Yeh; 河内美樹; 早川俊彦; 小山博之; 時澤睦朋; 小林佑理子; 神谷岳洋; 三輪京子
日本土壌肥料学雑誌, 86, 152, 158, 2015年
日本語, 研究論文（研究会，シンポジウム資料等） - Strategies for Optimization of Mineral Nutrient Transport in Plants: Multilevel Regulation of Nutrient-Dependent Dynamics of Root Architecture and Transporter Activity
Izumi Aibara; Kyoko Miwa
PLANT AND CELL PHYSIOLOGY, 55, 12, 2027, 2036, 2014年12月, ［査読有り］, ［責任著者］
英語 - Plant growth-promoting bacterium Acinetobacter calcoaceticus P23 increases the chlorophyll content of the monocot Lemna minor (duckweed) and the dicot Lactuca sativa (lettuce)
Wakako Suzuki; Masayuki Sugawara; Kyoko Miwa; Masaaki Morikawa
JOURNAL OF BIOSCIENCE AND BIOENGINEERING, 118, 1, 41, 44, 2014年07月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Improved tolerance to boron deficiency by enhanced expression of the boron transporter BOR2
Shigeki Takada; Kyoko Miwa; Hiroyuki Omori; Toru Fujiwara; Satoshi Naito; Junpei Takano
SOIL SCIENCE AND PLANT NUTRITION, 60, 3, 341, 348, 2014年06月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Arabidopsis thaliana BOR4 is upregulated under high boron conditions and confers tolerance to high boron
Kyoko Miwa; Izumi Aibara; Toru Fujiwara
SOIL SCIENCE AND PLANT NUTRITION, 60, 3, 349, 355, 2014年06月, ［査読有り］, ［責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Generation of boron-deficiency-tolerant tomato by overexpressing an Arabidopsis thaliana borte transporter AtBOR1
Shimpei Uraguchi; Yuichi Kato; Hideki Hanaoka; Kyoko Miwa; Toru Fujiwara
FRONTIERS IN PLANT SCIENCE, 5, 125, 2014年04月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Difference in cesium accumulation among rice cultivars grown in the paddy field in Fukushima Prefecture in 2011 and 2012
Yoshihiro Ohmori; Yayoi Inui; Masataka Kajikawa; Atsumi Nakata; Naoyuki Sotta; Koji Kasai; Shimpei Uraguchi; Nobuhiro Tanaka; Sho Nishida; Takahiro Hasegawa; Takuya Sakamoto; Yuko Kawara; Kayoko Aizawa; Haruka Fujita; Ke Li; Naoya Sawaki; Koshiro Oda; Ryuichiro Futagoishi; Takahiro Tsusaka; Satomi Takahashi; Junpei Takano; Shinji Wakuta; Akira Yoshinari; Masataka Uehara; Shigeki Takada; Hayato Nagano; Kyoko Miwa; Izumi Aibara; Takuya Ojima; Kaoru Ebana; Satoru Ishikawa; Kuni Sueyoshi; Hiroshi Hasegawa; Tetsuro Mimura; Mari Mimura; Natsuko I. Kobayashi; Jun Furukawa; Daisuke Kobayashi; Toshiyasu Okouchi; Keitaro Tanoi; Toru Fujiwara
JOURNAL OF PLANT RESEARCH, 127, 1, 57, 66, 2014年01月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Roles of BOR2, a boron exporter, in cross linking of rhamnogalacturonan II and root elongation under boron limitation in arabidopsis
Kyoko Miwa; Shinji Wakuta; Shigeki Takada; Koji Ide; Junpei Takano; Satoshi Naito; Hiroyuki Omori; Toshiro Matsunaga; Toru Fujiwara
Plant Physiology, 163, 4, 1699, 1709, 2013年12月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Expression of the Arabidopsis Borate Efflux Transporter Gene, AtBOR4, in Rice Affects the Xylem Loading of Boron and Tolerance to Excess Boron
Masataka Kajikawa; Takahiro Fujibe; Shimpei Uraguchi; Kyoko Miwa; Toru Fujiwara
BIOSCIENCE BIOTECHNOLOGY AND BIOCHEMISTRY, 75, 12, 2421, 2423, 2011年12月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Role of overexpressed BOR4, a boron exporter, in tolerance to high level of boron in shoots
Kyoko Miwa; Toru Fujiwara
SOIL SCIENCE AND PLANT NUTRITION, 57, 4, 558, 565, 2011年08月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - High Boron-induced Ubiquitination Regulates Vacuolar Sorting of the BOR1 Borate Transporter in Arabidopsis thaliana
Koji Kasai; Junpei Takano; Kyoko Miwa; Atsushi Toyoda; Toru Fujiwara
JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY, 286, 8, 6175, 6183, 2011年02月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Boron transport in plants: co-ordinated regulation of transporters
Kyoko Miwa; Toru Fujiwara
ANNALS OF BOTANY, 105, 7, 1103, 1108, 2010年06月, ［査読有り］
英語 - Polar localization and degradation of Arabidopsis boron transporters through distinct trafficking pathways
Junpei Takano; Mayuki Tanaka; Atsushi Toyoda; Kyoko Miwa; Koji Kasai; Kentaro Fuji; Hitoshi Onouchi; Satoshi Naito; Toru Fujiwara
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 107, 11, 5220, 5225, 2010年03月16日, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Role of boron in plant growth and its transport mechanisms
Kyoko Miwa; Toru Fujiwara
Plant Cell Monographs, 17, 1, 15, 2010年, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Molecular mechanism and regulation of boric acid transport in plants
Mayuki Tanaka; Kyoko Miwa; Toru Fujiwara
Seikagaku, 82, 5, 367, 377, 2010年, ［査読有り］
日本語 - Molecular Mechanisms of Boron Transport in Plants: Involvement of Arabidopsis NIP5;1 and NIP6;1
Kyoko Miwa; Mayuki Tanaka; Takehiro Kamiya; Toru Fujiwara
MIPS AND THEIR ROLE IN THE EXCHANGE OF METALLOIDS, 679, 83, 96, 2010年, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - The intracellular transport of transporters: membrane trafficking of mineral transporters
Kentaro Fuji; Kyoko Miwa; Toru Fujiwara
CURRENT OPINION IN PLANT BIOLOGY, 12, 6, 699, 704, 2009年12月, ［査読有り］
英語 - Homeostasis of the structurally important micronutrients, B and Si
Kyoko Miwa; Takehiro Kamiya; Toru Fujiwara
CURRENT OPINION IN PLANT BIOLOGY, 12, 3, 307, 311, 2009年06月, ［査読有り］
英語 - Highly Boron Deficiency-Tolerant Plants Generated by Enhanced Expression of NIP5;1, a Boric Acid Channel
Yuichi Kato; Kyoko Miwa; Junpei Takano; Motoko Wada; Toru Fujiwara
PLANT AND CELL PHYSIOLOGY, 50, 1, 58, 66, 2009年01月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Boron transport mechanisms: collaboration of channels and transporters
Junpei Takano; Kyoko Miwa; Toru Fujiwara
TRENDS IN PLANT SCIENCE, 13, 8, 451, 457, 2008年08月, ［査読有り］
英語 - [Molecular mechanisms of boron transport in plants and its modification for plant growth improvement].
Miwa K; Takano J; Fujiwara T
Tanpakushitsu kakusan koso. Protein, nucleic acid, enzyme, 53, 9, 1173, 1179, 共立出版, 2008年07月, ［査読有り］
日本語 - Plants tolerant of high boron levels
Kyoko Miwa; Junpei Takano; Hiroyuki Omori; Motoaki Seki; Kazuo Shinozaki; Toru Fujiwara
SCIENCE, 318, 5855, 1417, 1417, 2007年11月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Cell-type specificity of the expression of os BOR1, a rice efflux boron transporter gene, is regulated in response to boron availability for efficient boron uptake and xylem loading
Yuko Nakagawa; Hideki Hanaoka; Masaharu Kobayashi; Kazumaru Miyoshi; Kyoko Miwa; Toru Fujiwara
PLANT CELL, 19, 8, 2624, 2635, 2007年08月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Isolation of Arabidopsis thaliana cDNAs that confer yeast boric acid tolerance
Akira Nozawa; Kyoko Miwa; Masaharu Kobayashi; Toru Fujiwara
BIOSCIENCE BIOTECHNOLOGY AND BIOCHEMISTRY, 70, 7, 1724, 1730, 2006年07月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Improvement of seed yields under boron-limiting conditions through overexpression of BOR1, a boron transporter for xylem loading, in Arabidopsis thaliana
K Miwa; J Takano; T Fujiwara
PLANT JOURNAL, 46, 6, 1084, 1091, 2006年06月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Endocytosis and degradation of BOR1, a boron transporter of Arabidopsis thaliana, regulated by boron availability
J Takano; K Miwa; LX Yuan; N von Wiren; T Fujiwara
PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA, 102, 34, 12276, 12281, 2005年08月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Cloning of cDNAs encoding isopropylmalate dehydrogenase from Arabidopsis thaliana and accumulation patterns of their transcripts
A Nozawa; J Takano; K Miwa; Y Nakagawa; T Fujiwara
BIOSCIENCE BIOTECHNOLOGY AND BIOCHEMISTRY, 69, 4, 806, 810, 2005年04月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Arabidopsis boron transporter for xylem loading
J Takano; K Noguchi; M Yasumori; M Kobayashi; Z Gajdos; K Miwa; H Hayashi; T Yoneyama; T Fujiwara
NATURE, 420, 6913, 337, 340, 2002年11月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）
- 植物の栄養条件に応じた翻訳調節の網羅解析
反田直之; 千葉由佳子; 高松世大; 三輪京子; 山下由衣; 内藤哲; 藤原徹, 日本RNA学会年会要旨集, 20th, 2018年 - シロイヌナズナのリボソームタンパク質遺伝子の特定パラログの破壊が栄養条件に対する応答を変化させる
福田寛史; 反田直之; 田中真幸; 千葉由佳子; 三輪京子; 内藤哲; 藤原徹, 日本RNA学会年会要旨集, 20th, 2018年 - シロイヌナズナのホウ素輸送体NIP5;1mRNAの5’UTRに存在するAUGUAA配列を介したホウ素依存的mRNA分解
田中真幸; 反田直之; 三輪京子; 千葉由佳子; 尾之内均; 内藤哲; 藤原徹, 日本遺伝学会大会プログラム・予稿集, 88th, 2016年 - 最小uORFを介したホウ素依存的なリボソーム停滞と共役したmRNA分解の解析
田中真幸; 反田直之; 三輪京子; 千葉由佳子; 尾之内均; 内藤哲; 藤原徹, 日本RNA学会年会要旨集, 17th, 2015年 - シロイヌナズナにおける最小uORFを介したホウ素依存的なリボソーム停滞によるmRNA分解・翻訳効率の制御機構
田中真幸; 反田直之; 三輪京子; 山下由衣; 千葉由佳子; 尾之内均; 内藤哲; 藤原徹, 日本植物生理学会年会要旨集, 56th, 2015年 - ホウ素に応答してリボソームは最小uORF,AUGUAAで停止する。
田中真幸; 三輪京子; 千葉由香子; 尾之内均; 尾之内均; 内藤哲; 藤原徹; 藤原徹, 日本植物生理学会年会要旨集, 55th, 2014年 - 最小uORF上でのホウ素依存的なリボソーム停滞を介した遺伝子発現制御
田中真幸; 反田直之; 三輪京子; 千葉由佳子; 尾之内均; 内藤哲; 藤原徹, 日本RNA学会年会要旨集, 16th, 2014年 - 3P-111 Nitrosomonas europaeaのバイオフィルム形成に伴うアンモニア酸化活性の変化(環境浄化,修復,保全技術,一般講演)
折山 徹郎; 坂上 景子; 三輪 京子; 森川 正章, 日本生物工学会大会講演要旨集, 66, 222, 222, 2014年
日本生物工学会, 日本語 - 3P-083 ウキクサに付着する能力の高い細菌の探索とその特性(環境浄化,修復,保全技術,一般講演)
山川 祐介; 菅原 雅之; 尾島 拓也; 三輪 京子; 森川 正章, 日本生物工学会大会講演要旨集, 66, 215, 215, 2014年
日本生物工学会, 日本語 - 3P-140 The Effects of General Plant Growth-Promoting Compounds on the Growth of duckweed Lemna minor :
Desi Utami; Masayuki Sugawara; Kyoko Miwa; Masaaki Morikawa, 日本生物工学会大会講演要旨集, 66, 229, 229, 2014年
日本生物工学会, 英語 - 2P-137 ウキクサ成長促進細菌Acinetobacer calcoaceticus P23の陸上植物への影響評価(バイオマス,資源,エネルギー工学,一般講演)
影本 敬太; 菅原 雅之; 尾島 拓也; 三輪 京子; 森川 正章; 遠山 忠, 日本生物工学会大会講演要旨集, 66, 141, 141, 2014年
日本生物工学会, 日本語 - 2P-035 Geobacillus thermoleovorans B23株の三連型アルカン酸化酵素に関する遺伝子クローニングと機能解析(遺伝子工学,一般講演)
大日向 佑介; 森川 正章; ブーンマク チャニタ; 三輪 京子, 日本生物工学会大会講演要旨集, 66, 115, 115, 2014年
日本生物工学会, 日本語 - 1P-060 Flavobacteria科細菌Elizabethkingia sp. RL13212株由来新規アゾ還元酵素の精製と特性解析(酵素学,酵素工学,一般講演)
安酸 国起; 村上 俊; 三輪 京子; 森川 正章, 日本生物工学会大会講演要旨集, 66, 32, 32, 2014年
日本生物工学会, 日本語 - 新規高度好熱菌Coprothermobacter sp.PM9-2とメタン生成菌の共生に関わる分子機構の解析
加藤雄大; 漆畑亘; 三輪京子; 森川正章, 日本生物工学会大会講演要旨集, 66th, 2014年 - シロイヌナズナホウ素輸送体遺伝子のホウ素栄養条件に応じた発現はshort uORFを介して制御される
田中真幸; 千葉由佳子; 三輪京子; 尾之内均; 内藤哲; 藤原徹, 日本RNA学会年会要旨集, 15th, 2013年 - シロイヌナズナのホウ素輸送体NIP5;1遺伝子のホウ素に応答したmRNA分解・翻訳効率の制御機構
田中真幸; 千葉由香子; 千葉由香子; 三輪京子; 尾之内均; 尾之内均; 内藤哲; 藤原徹; 藤原徹, 日本植物生理学会年会要旨集, 54th, 2013年 - 1P-163 有用物質生産を行うウキクサ根圏細菌の探索および諸特性解析(一般講演(バイオマス,資源,エネルギー工学))
森 庄平; 倉科 光紀; 菅原 雅之; 三輪 京子; 森川 正章, 日本生物工学会大会講演要旨集, 65, 58, 58, 2013年
日本生物工学会, 日本語 - 3P-224 ウキクサ由来根圏細菌Acinetobacter sp. P23による野菜成長促進の可能性(植物細胞工学,組織培養,育種工学,一般講演)
鈴木 和歌子; 菅原 雅之; 三輪 京子; 森川 正章, 日本生物工学会大会講演要旨集, 65, 244, 244, 2013年
日本生物工学会, 日本語 - 海底油田から単離した高度好熱菌Coprothermobacter sp.PM9-2株の諸特性解析
加藤雄大; 漆畑亘; 三輪京子; 森川正章; 森川正章, 環境バイオテクノロジー学会大会プログラム講演要旨集, 2013, 2013年 - P10-15 ホウ酸トランスポーターのアクチベーションによるホウ素欠乏耐性シロイヌナズナの作出(10.植物の微量栄養素,2012年度鳥取大会)
高田 茂樹; 三輪 京子; 藤原 徹; 内藤 哲; 高野 順平, 日本土壌肥料学会講演要旨集, 58, 71, 71, 2012年09月04日
一般社団法人日本土壌肥料学会, 日本語 - 10-19 Isolation and characterization of Arabidopsis thaliana mutants that require high boron supply for root elongation
Li Ke; Kamiya Takehiro; Miwa Kyoko; Tanaka Mayuki; Fujiwara Toru, 日本土壌肥料学会講演要旨集, 57, 75, 75, 2011年08月08日
一般社団法人日本土壌肥料学会, 英語 - ホウ酸トランスポーターBOR4を高発現する形質転換トマトのホウ素過剰耐性の解析
平井達也; 浦口晋平; 藤原徹; 三輪京子, 日本土壌肥料学会講演要旨集, 57, 2011年 - P10-7 ホウ酸トランスポーターBOR1の蓄積に異常を示すシロイヌナズナ変異体の解析(ポスター紹介,10.植物の微量栄養素,2010年度北海道大会)
冨士 健太郎; 樋口 みなみ; 三輪 京子; 藤原 徹, 日本土壌肥料学会講演要旨集, 56, 74, 74, 2010年09月07日
一般社団法人日本土壌肥料学会, 日本語 - 10-8 ホウ素過剰に応答したユビキチン化によるホウ酸トランスポーターBOR1の分解制御(10.植物の微量栄養素,2010年度北海道大会)
笠井 光治; 高野 順平; 三輪 京子; 豊田 敦至; 藤原 徹, 日本土壌肥料学会講演要旨集, 56, 70, 70, 2010年09月07日
一般社団法人日本土壌肥料学会, 日本語 - 10-13 花粉管で発現するホウ素トランスポーターBOR6およびBOR7の花粉管伸長における働き(10.植物の微量栄養素,2009年度京都大会)
吉永 晃子; 三輪 京子; 大森 弘之; 藤原 徹, 日本土壌肥料学会講演要旨集, 55, 84, 84, 2009年09月15日
一般社団法人日本土壌肥料学会, 日本語 - 10-15 ホウ素条件に対する応答に異常を示すシロイヌナズナの新規変異株(10.植物の微量栄養素,2009年度京都大会)
樋口 みなみ; 三輪 京子; 乾 弥生; 藤原 徹, 日本土壌肥料学会講演要旨集, 55, 84, 84, 2009年09月15日
一般社団法人日本土壌肥料学会, 日本語 - 10-12 シロイヌナズナのホウ酸トランスポーターBOR1のホウ素依存的分解に関与するリジン残基の同定(10.植物の微量栄養素,2009年度京都大会)
笠井 光治; 高野 順平; 豊田 敦至; 三輪 京子; 藤原 徹, 日本土壌肥料学会講演要旨集, 55, 83, 83, 2009年09月15日
一般社団法人日本土壌肥料学会, 日本語 - 植物養分吸収系の分子改良による植物バイオマス増産 (特集 植物バイオマスデザイン--統合バイオリファイナリーの実現に向けて)
三輪 京子; 藤原 徹, バイオインダストリー, 25, 4, 32, 41, 2008年04月
シーエムシー出版, 日本語 - ホウ酸トランスポーターの発現によるトマトのホウ素欠乏耐性付与
加藤諭一; 三輪京子; 浦口晋平; 藤原徹; 藤原徹, 日本土壌肥料学会講演要旨集, 54, 2008年 - ホウ酸トランスポーターの発現によるトマトへのホウ素栄養ストレス耐性の付与
加藤諭一; 三輪京子; 浦口晋平; 藤原徹; 藤原徹, 日本植物細胞分子生物学会大会・シンポジウム講演要旨集, 26th, 2008年 - P9-26 シロイヌナズナchl2変異株の解析(9.植物の無機栄養,2007年度東京大会)
鈴木 小牧; 井出 曜子; 戸松 創; 三輪 京子; 藤原 徹, 日本土壌肥料学会講演要旨集, 53, 85, 85, 2007年08月22日
一般社団法人日本土壌肥料学会, 日本語 - P9-11 BOR1タンパク質の蓄積に異常を示すシロイヌナズナ変異株の検索(9.植物の無機栄養,2007年度東京大会)
樋口 みなみ; 三輪 京子; 藤原 徹, 日本土壌肥料学会講演要旨集, 53, 80, 80, 2007年08月22日
一般社団法人日本土壌肥料学会, 日本語 - ホウ酸輸送の分子メカニズム
高野順平; 三輪京子; 藤原徹, 化学と生物, 44, 12, 823, 830, 2006年12月, ［査読有り］, ［招待有り］
Japan Society for Bioscience, Biotechnology, and Agrochemistry, 日本語, 記事・総説・解説・論説等（学術雑誌） - P9-7 トランスポーターを用いた植物のホウ素欠乏耐性植物の作出と解析(9. 植物の無機栄養, 2006年度秋田大会講演要旨)
三輪 京子; 高野 順平; 藤原 徹, 日本土壌肥料学会講演要旨集, 52, 76, 76, 2006年09月05日
一般社団法人日本土壌肥料学会, 日本語 - P9-9 シロイヌナズナホウ素トランスポーターBOR1の局在とホウ素に依存したエンドサイトーシス(9. 植物の無機栄養, 2006年度秋田大会講演要旨)
高野 順平; 三輪 京子; 藤原 徹, 日本土壌肥料学会講演要旨集, 52, 76, 76, 2006年09月05日
一般社団法人日本土壌肥料学会, 日本語 - シロイヌナズナホウ素トランスポータ-BOR1の制御機構(9. 植物の無機栄養, 2004年度大会講演要旨集)
高野 順平; 三輪 京子; 小林 正治; 林 浩昭; 米山 忠克; von Wiren Nicolaus; 藤原 徹, 日本土壌肥料学会講演要旨集, 50, 91, 91, 2004年09月14日
一般社団法人日本土壌肥料学会, 日本語 - 9-72 ホウ素トランスポーターBOR1とYNL275wの輸送特性の解析(9.植物の無機栄養)
小林 正治; 高野 順平; 三輪 京子; 林 浩昭; 米山 忠克; 藤原 徹, 日本土壌肥料学会講演要旨集, 49, 88, 88, 2003年08月20日
一般社団法人日本土壌肥料学会, 日本語
- 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
■ 共同研究・競争的資金等の研究課題
- 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）
2024年09月 - 2028年03月
科学技術振興機構 - 植物におけるホウ素によるクロマチンプラットフォーム構築仮説の検証
科学研究費助成事業
2023年06月30日 - 2025年03月31日
坂本 卓也; 浦口 晋平; 三輪 京子
日本学術振興会, 挑戦的研究(萌芽), 神奈川大学, 23K17997 - 受精遅延が促進する開花時期多様化と種分化メカニズムの解明
科学研究費助成事業 基盤研究(A)
2021年04月05日 - 2025年03月31日
佐竹 暁子; 金岡 雅浩; 三輪 京子
日本学術振興会, 基盤研究(A), 九州大学, 21H04781 - 植物の栄養感知機構の解明と栄養応答統御
科学研究費助成事業 基盤研究(S)
2019年06月26日 - 2024年03月31日
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。
日本学術振興会, 基盤研究(S), 東京大学, 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)
2019年04月01日 - 2024年03月31日
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)
2018年06月29日 - 2023年03月31日
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 - 生物におけるホウ素の新機能の検証－ビタミンB6代謝に対するホウ酸の役割－
科学研究費助成事業 挑戦的研究(萌芽)
2018年06月29日 - 2021年03月31日
三輪 京子
必須元素とは、生物のライフサイクルを完結させるために欠くことのできない元素を指す。ホウ素は植物の微量必須元素であり、植物細胞壁のペクチン質多糖を架橋する。近年、動物など植物細胞壁ペクチンをもたない生物においてもホウ素の有用性が報告されてきている。ホウ素の未知の生理機能があることが示唆されるが、植物細胞壁以外のホウ素の生理機能は明らかにされていない。
先行研究において、高濃度のホウ酸が植物（シロイヌナズナ）においてビタミンB6欠乏障害を緩和する現象を見出した。本研究では、本現象の解明を通じて、生物に普遍的なホウ素の役割の解明を目指した。
本年度はホウ酸の効果の普遍性を明らかにするため、酵母（Saccharomyces cerevisiae）における成長に対するホウ酸の効果の検証を進めた。高濃度ホウ酸がビタミンB6欠乏障害を緩和する現象が酵母で観察されるかを明らかにするため、野生型酵母とビタミンB6合成酵素欠損酵母（snz1株）を対象として、異なるホウ酸濃度条件における成長比較を主に進めた。
液体培地での成長試験では、ビタミンB6を含まない最少培地（SD培地）ではsnz1においてホウ酸添加区（2 mM）では無添加区と比較して、濁度の立ち上がりの時間が短くなる傾向が観察された。しかし、複数回の試験を実施したものの、必ずしも再現されず、現象の確定には至らなかった。ビタミンB6を含まない最少完全培地（SC培地）を用いたところ、野生型とsnz1ともに濁度の最終到達点がホウ酸添加区（2 mM）で無添加区と比較して上昇する傾向が観察された。この結果は、酵母の成長、定常期での分裂停止にホウ酸が影響する可能性を示唆するものである。
日本学術振興会, 挑戦的研究(萌芽), 北海道大学, 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)）
2016年04月 - 2020年03月
三輪 京子
文部科学省, 研究代表者, 競争的資金 - 植物の無機栄養ホメオスタシスと成長の統合的理解と仮説検証
科学研究費助成事業
2013年05月31日 - 2018年03月31日
藤原 徹; 内藤 哲; 三輪 京子
無機栄養ホメオスタシスに必須な遺伝子を多くの元素について同定解析し、無機栄養の恒常性維持に細胞壁合成や RNA代謝、翻訳制御等の重要性を示した。リボソームRNA 複合体がAUGUAA上で細胞質の栄養濃度を感知し、この感知に伴って栄養輸送体mRNAの分解や転写制御が起こることや翻訳制御のゲノムレベルでの重要性を明らかにした。ホウ素輸送の２次元及び動的モデルを構築し実験的検証を行い、根の成長と地上部への輸送の役割分担や輸送体制御の栄養の流れを高く維持するための重要性を示した。
日本学術振興会, 基盤研究(S), 東京大学, 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年 - 2016年
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, 研究代表者, 競争的資金, 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年 - 2014年
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, 研究代表者, 競争的資金, 25114502 - 肥料有効利用型植物の作出基盤
2011年 - 2014年
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 - 植物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(挑戦的萌芽研究)
2012年 - 2013年
三輪 京子
今後の食糧・植物バイオマスの持続的な増産には、肥沃度の低い土壌環境で少ない肥料投入で高生産する植物の開発が必要である。これまで、低ミネラル環境に耐性を付与する遺伝子は複数同定されているが、植物個体の生育量に対する必須元素の要求量を低下させた例はない。本研究では、植物の微量必須元素のホウ素を対象に、植物個体のホウ素要求量を低下させる新規遺伝子の同定と解析を目指した。そこで、対照株がホウ素欠乏のために生育抑制を示す低ホウ素栄養条件において、生育抑制が緩和された変異株を新たに単離し、原因遺伝子の同定とその詳細な解析を行うことを研究の目的とした。平成24年にはシロイヌナズナホウ素ホウ素輸送体機能欠損株bor1-1に塩基置換を誘発するEMS処理を行い、1万9000のM1種子からM2種子を獲得した。変異株探索のため、ロックウールを用いて低ホウ素栄養条件で1万8000のM2種子を水耕栽培した。この一次スクリーニングの結果、対照株と比較してホウ素欠乏による葉の展開抑制の緩和を示した株が約100株得られた。二次スクリーニングとしてM3種子が取得できた72株を対象に、ロックウールを用いた水耕栽培と固形培地でのホウ素栄養に依存した生育を観察した。その結果、7株が対照株と比較して低ホウ素栄養条件での葉の展開抑制の緩和を示し、ホウ素通常条件での生育に違いは認められなかった。また、原因遺伝子がどの染色体に座上しているかを調べる遺伝子マッピングを進めるため、Landsberg erecta とbor1-1の交配を進めた。単離されたホウ素欠乏症状が緩和された新規変異株の変異の原因遺伝子はホウ素の利用・感知に関わるものと考察され、ホウ素要求量を低下させる遺伝子の同定につながると期待された。
文部科学省, 挑戦的萌芽研究, 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 24658059 - 植物細胞壁ペクチン質多糖のホウ酸による架橋に必要な分子の同定
科学研究費補助金(若手研究(A))
2010年 - 2012年
三輪 京子
ホウ素は植物の必須元素であり、その欠乏は農業生産に重大な影響を与える。ホウ素の役割は植物細胞壁のペクチン質多糖ラムノガラクツロナンンII（RG-II）間を架橋することであるが、その架橋反応の分子機構は明らかにされていない。そこで、本研究では「RG-IIのホウ酸による架橋に必要な分子の同定」を目指した。RG-IIのホウ酸による架橋に関わる分子を単離するため、分子遺伝学手法による高ホウ素要求性変異株の単離を進めた。低濃度でのホウ酸存在下においてRG-IIとの架橋反応を促進する分子の存在を仮定すると、この分子の機能が低下した場合、通常の細胞内のホウ酸濃度ではRG-IIの架橋がうまく起きないと予想される。一方、過剰のホウ酸を加えた条件では反応基質が過剰となり、RG-IIの架橋が部分的には回復すると考えられる。つまり、機能欠損株は通常のホウ酸濃度条件では、野生型株と比較してホウ素欠乏症状を示し、ホウ素を過剰に添加した条件ではその生育が回復するという、ホウ素依存的な生育を示すことが期待される。そこで、塩基置換を誘発する変異誘起剤で処理を行ったシロイヌナズナCol-0の種子を準備し、ホウ酸通常条件の培地で生育させ、地上部ロゼット葉の展開または根の伸長を指標に生育抑制を示す株を選抜した。高濃度のホウ酸を含む培地へ移植後、生育が回復した株を「高ホウ素要求性変異株」として選抜した。その結果、ロゼット葉の展開を指標として1万4000株のM2から46株、根の伸長を指標として1万8000株のM2から15株の候補株を得られた。遺伝子マッピングの結果、既報の遺伝子の変異に加え、報告のない染色体1番と2番に原因遺伝子の存在が明らかになり、新規変異株の獲得が確認された。加えて、昨年度までに作出した低ホウ酸馴化シロイヌナズナ培養細胞が低いRG-II架橋率を示すことを見出し、網羅的な遺伝子発現解析を進めた。
文部科学省, 若手研究(A), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 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年
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。
競争的資金
