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助成番号 １６１０５４
研 究 成 果 報 告 書（国立情報学研究所の民間助成研究成果概要データベース・登録原稿）
研究テーマ（和文） ＡＢ

植物細胞の内外環境刺激応答で働く新奇機能性ペプチドの解析

研究テーマ（欧文） ＡＺ

Novel short peptides regulating mineral response in plants.

研究氏
代表名
者

ｶﾀｶﾅ ＣＣ姓）ヒラヤマ名）タカシ

研究期間 Ｂ

２０１６ ～ ２０１７ 年

漢字 ＣＢ

平山隆志

報告年度 ＹR

２０１７年

Takashi

研究機関名

岡山大学

ﾛｰﾏ字 ＣＺ Hirayama

研究代表者 ＣＤ
所属機関・職名

岡山大学資源植物科学研究所・教授

概要 ＥＡ (600 字～800 字程度にまとめてください。)
申請者らは、独自に分離した環境ストレス応答に異常を持つミトコンドリア機能欠損変異が、恒常的鉄欠乏応答を示し新奇短鎖ペプチド遺伝子(FEP1)を強く発現していることを見出した。本課題研究では、まず FEP1 の発現単独で、鉄欠乏応答遺伝子群が活性され、実際に植物組織内に鉄が蓄積されることが確認された。詳細な解析により、FEP1 によるbHLH39 等の鉄欠乏応答関連遺伝子の活性化には FIT と呼ばれる鍵転写因子は不必要で、FEP1 は新規な制御機構に関わることが明らかとなった。更に、FEP1 遺伝子は、根より地上部で発現が高いこと、多くの栄養応答の制御に関わる篩管の近くの細胞で発現されること、鉄欠乏刺激により発現が活性化されること、FEP1 自身により正に下流で働く
bHLH39 と FIT に負に抑制されること、などを明らかにした。CRISPR/Cas9 法による fep1 機能欠損シロイヌナズナを作成し解析したところ、根では顕著な異常は見られなかったが、地上部は恒常的に鉄欠乏状態にあることが明らかとなった。以上の結果から、短鎖ペプチド FEP1 は、これまでほとんど知見がなかった植物個体全体の鉄ホメオスタシスの重要な因子であることが、世界で初めて示された。この発見は、植物の鉄応答制御機構の理解に新たな展開を導く画期的なものと考える。現在論文投稿準備中である。
一方、以上の結果から、FEP1 は細胞外に放出され細胞または組織間情報伝達に関わることが予想された。活性を維持した FEP1-GFP 結合タンパク質を構築し解析、FEP1-GFP は細胞室や核で確認されたが細胞外では確認できず、また機能性短鎖ペプチドに一般的に見られるプロセシングも確認されなかった。類似配列を持つ短鎖ペプチドから活性型のペプチドを予測し、その合成ペプチドの作用や挙動の解析を試みたが、有意な結果を得られなかった。今後更なる解析が必要と考える。

キーワード ＦＡ

鉄欠乏応答

短鎖ペプチドCRISPR/Cas9（以下は記入しないでください。）
助成財団ｺｰﾄﾞ ＴＡ

研究課題番号 ＡＡ

研究機関番号 ＡＣ

シート番号

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シロイヌナズナ

発表文献（この研究を発表した雑誌・図書について記入してください。）
論文標題ＧＢ
雑誌

著者名 ＧＡ
ページ ＧＦ

雑誌名 ＧＣ～発行年 ＧＥ

巻号 ＧＤ

論文標題ＧＢ
雑誌

著者名 ＧＡ
ページ ＧＦ雑誌名 ＧＣ～

発行年 ＧＥ

巻号 ＧＤ

論文標題ＧＢ
雑誌

著者名 ＧＡ
ページ ＧＦ

雑誌名 ＧＣ～発行年 ＧＥ

巻号 ＧＤ

発行年 ＨＤ

総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

発行年 ＨＤ総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

著者名 ＨＡ
図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ
著者名 ＨＡ

図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ

欧文概要 ＥＺ
Iron is one of the most important minerals for all organisms. Heterotrophs including human are dependent their ironacquisition on autotrophs such as plants. Plants uptake iron at roots from soil and distribute it to maintain the ironhomeostasis of whole body with unknown cell-to-cell communicating system. We are studying an Arabidopsismutant, ahg2-1, defect in the mitochondrial mRNA regulation has a pleiotropic phenotypes including abnormal
hormone responses and dwarf. The transcriptome analysis revealed that ahg2-1 has higher expression levels of theiron-deficiency responsive genes. Indeed the ahg2-1 mutant had a less heme level presumably due to the defect inmitochondrial function. The transcriptome data also showed that novel genes with an ability to encode a short
peptide were highly expressed in this mutant. Interestingly, the expression of one of these genes, named as FEP1,alone could induce the iron-deficiency responsive genes, and moreover actually induced the iron accumulation inplanta. Analysis with various recombinant FEP1 confirmed that the encoded peptide but not the RNA has theactivity. We also demonstrated that the activation of bHLH39 by FEP1 is independent of FIT, the key transcription
factor in the iron-deficiency response. The expression of FEP1 was observed in leaves but undetectable in roots
under normal conditions while under iron deficiency conditions it was increased and observed in roots, where mostof the iron-deficiency responsive genes function. In addition, the fep1 defective mutants exhibited an impaired
systemic iron-deficiency response. Taken together, it is plausible that FEP1 is involved in the systemic ironhomeostasis through the regulation of the iron-deficiency responsive genes in Arabidopsis.

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