科研費 - 谷口 光隆
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プラズマ照射によるオミクス変動と根系の形態形成メカニズム・機能変化の解明
研究課題/研究課題番号：24H02256 2024年4月 - 2029年3月
科学研究費助成事業 学術変革領域研究(A)
江原 宏, 谷口 光隆, 中島 史恵, 仲田 麻奈, 柴田 貴広
担当区分：研究分担者
プラズマ照射による幼植物成長，棍系形態形成，生理機能の変化を把握する。安定して植物への変化が与えられる処理の条件を明確にした上で，メタボローム解析によって代謝産物の変動を調査するとともに，プロテオーム解析によりキータンパク質の特定，表現型の変化に関与する植物ホルモンなど，成長調節因子の同定を行う。プラズマ処理で生じる活性種により励起，誘導される植物体での機能的変化と，引き続きいて生じる器官発生と細胞発育，物質生産に通じるメカニズムを解明し，新規手法の駆使による植物の成長形質制御，環境ストレス耐性の付与，向上の可能性を検討して，プラズマ種子科学の基盤を形成するための基礎的知見の集積に貢献する。
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葉緑体ストロマ空間におけるRubiscoとデンプンの偏在による光合成代謝分業の解明
研究課題/研究課題番号：23H02195 2023年4月 - 2026年3月
科学研究費助成事業 基盤研究(B)
谷口 光隆, 大井 崇生
担当区分：研究代表者
配分額：19370000円 （ 直接経費：14900000円 、 間接経費：4470000円 ）
葉緑体内のRubiscoタンパク質とデンプン粒の偏在が活性レベルでも起き、光合成の効率化に貢献しているかを課題1で明らかにし、課題2において偏在の分子機構を明らかにする研究に挑む。
課題1：光合成代謝偏在の確認とその生理的意義の解明
①CO2固定反応とデンプン粒形成反応の偏在の解析、②デンプン粒形成の初期過程の観察、③供給されるCO2の量や局在性とRubisco偏在の連動についての解析、④遠心的に配置する葉緑体内のRubisco分布の解析
課題2：Rubiscoの濃度比較と相互作用タンパク質の探索
①Rubisco濃度の植物間比較、②Rubiscoタンパク質と葉緑体内で相互作用するタンパク質の探索 -
葉緑体ストロマ空間におけるRubiscoとデンプンの偏在による光合成代謝分業の解明
研究課題/研究課題番号：23K26888 2023年4月 - 2026年3月
科学研究費助成事業 基盤研究(B)
谷口 光隆, 大井 崇生
担当区分：研究代表者
配分額：19370000円 （ 直接経費：14900000円 、 間接経費：4470000円 ）
葉緑体内のRubiscoタンパク質とデンプン粒の偏在が活性レベルでも起き、光合成の効率化に貢献しているかを課題1で明らかにし、課題2において偏在の分子機構を明らかにする研究に挑む。
課題1：光合成代謝偏在の確認とその生理的意義の解明 ①CO2固定反応とデンプン粒形成反応の偏在の解析、②デンプン粒形成の初期過程の観察、③供給されるCO2の量や局在性とRubisco偏在の連動についての解析、④遠心的に配置する葉緑体内のRubisco分布の解析
課題2：Rubiscoの濃度比較と相互作用タンパク質の探索 ①Rubisco濃度の植物間比較、②Rubiscoタンパク質と葉緑体内で相互作用するタンパク質の探索 -
C4植物で普遍的に起こる葉肉葉緑体凝集運動の誘導機構と生理的役割の解明
研究課題/研究課題番号：20H02966 2020年4月 - 2023年3月
科学研究費助成事業 基盤研究(B)
谷口 光隆, 大井 崇生
担当区分：研究代表者
配分額：18070000円 （ 直接経費：13900000円 、 間接経費：4170000円 ）
C4植物が環境ストレスを受けると，葉肉細胞の周縁部に散在している葉緑体は維管束鞘細胞側に移動する“凝集運動”を起こす。この凝集運動はC4植物全般で起こり，その誘導には葉内CO2濃度の低下が関係していることを申請者らは見出したが，その誘導機構の詳細は不明である。本研究では，凝集運動の誘導機構と生理的役割を解明して，葉緑体凝集運動をC4植物が発揮する高い光合成能およびストレス耐性能の一要因として位置づけられるかを明らかにする。
C4植物が環境ストレスを受けると、葉肉細胞の周縁部に散在している葉緑体は維管束鞘細胞側に移動する“凝集運動”を起こす。本研究では、凝集運動の誘導機構と生理的役割を解明することを目的として研究を行い、以下の成果を得た。
① C4植物における凝集運動の普遍性を3種のC4サブタイプを含む異なる11の進化系統に渡る計36種のC4植物において確認した。② 葉内CO2濃度の低下は青色光下での凝集運動を促進する。③ 凝集運動は明所下での低温ストレスによっても起こる。④ 凝集運動の誘導に光呼吸が関与している可能性がある。⑤ C3植物の葉肉葉緑体では凝集配置とは異なる偏在配置が生じる。
凝集運動は、高温，強光，乾燥などの過酷な環境下でも旺盛に生育するC4植物が獲得した生存戦略の一つである可能性が高い。凝集運動がC4植物全般で起こるとともに、低温ストレスでも誘導され、葉内CO2濃度低下や光呼吸との関連性が示されたことから、この葉緑体運動がストレス下での光合成能維持やストレス耐性能発揮のために重要であることがより鮮明となった。今後、運動の分子機構を明らかにし，作物の光合成能やストレス耐性能向上のための新たな分子基盤を提供できると考えられる。 -
C4光合成細胞におけるオルガネラの三次元配置とその配置形成機構の解明
研究課題/研究課題番号：17H03757 2017年4月 - 2020年3月
科学研究費助成事業 基盤研究(B)
谷口 光隆, 大井 崇生
担当区分：研究代表者
配分額：18590000円 （ 直接経費：14300000円 、 間接経費：4290000円 ）
C4植物の2種の光合成細胞である葉肉細胞と維管束鞘細胞内のオルガネラ配置は異なっており，代謝経路と密接に関わっている。本研究では，このオルガネラ配置の分子機構と生理的意義の解明を目的として研究を行い，以下の成果を得た。(1)イネ科植物の維管束鞘細胞内の葉緑体の配置と形状を三次元的に理解できるようになった。(2)凝集運動に伴う葉肉葉緑体の細胞内配置と形態の三次元的な変化を明らかにした。(3)C4植物の進化過程のどの段階で葉肉葉緑体の凝集運動が獲得されたかを明らかにした。(4)NAD-ME型C4植物の維管束鞘葉緑体におけるRubiscoとデンプンの対極的な偏在を明らかにした。
近年，C4光合成の基盤となるオルガネラ配置の実態が明らかになってきた。本研究では，今まで我々が取り組んできたC4植物の細胞特異的オルガネラ配置・運動を対象とした解析を行い，光合成細胞におけるオルガネラ配置の分子機構と生理的意義の解明を目指す。本研究を達成することで，代謝機能を支えるオルガネラ配置機構の解明といった作物生理学への貢献と，光合成機能やストレス耐性機能を向上させて作物生産能を改良するための分子基盤を提供できると考えている。 -
研究課題/研究課題番号：16K14835 2016年4月 - 2018年3月
科学研究費助成事業 挑戦的萌芽研究
谷口 光隆, 大井 崇生
担当区分：研究代表者
配分額：3770000円 （ 直接経費：2900000円 、 間接経費：870000円 ）
本研究では，NADP-ME型C4回路とPCK型C4回路間のアスパラギン酸を介したクロストークの詳細を明らかにすることを目的とする。NADP-ME型C4植物のソルガムやエノコログサでは，葉組織中のPCK酵素活性が低く，葉緑体へのリンゴ酸輸送はアスパラギン酸により促進されなかった。よって，トウモロコシなどのPCK型回路をもつNADP-ME型C4植物において，リンゴ酸輸送が関わるC4回路の協調機構が確立されてきたと推察される。また，PCK酵素活性が顕著に高いイネ科ヒエ属NADP-ME型C4植物4種類を見出し，両C4回路の連携を明らかにするための格好の材料となることが期待された。
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葉緑体Stromuleの細胞内3次元構造の構築と塩ストレス耐性との関連性の解明
研究課題/研究課題番号：15H05613 2015年4月 - 2018年3月
科学研究費助成事業 若手研究(A)
山根 浩二, 谷口 光隆, 大井 崇生
担当区分：その他
ミトコンドリアやペルオキシソームが細長いストロマを含む構造で葉緑体に取り囲まれる構造は、葉緑体ポケットとよばれている。葉緑体が作る細長い突起状の構造であるstromuleが関与すると予想される。そのため、3次元立体像を構築することで、stromuleとポケット構造の関係を調べた。TEMとFIB-SEMを用いて葉緑体ポケット構造を含む葉緑体の連続画像を取得し、3次元再構築法によって観察した。その結果、葉緑体が大きなシート構造を作り、それがポケット構造を作っていることが明らかとなった。また、ポケット構造で取り囲まれているオルガネラとして、ミトコンドリアとペルオキシソームが一番多く観察された。
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C4植物に特異的なアブシジン酸応答性葉緑体凝集運動の生理的役割と分子機構の解明
2014年4月 - 2017年3月
科学研究費補助金 基盤研究(B)
担当区分：研究代表者
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迅速細胞分離法を用いたイネ科植物の葉肉・維管束鞘細胞特異的機能に関わる遺伝子同定
2014年4月 - 2016年3月
科学研究費補助金
担当区分：研究代表者
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リンゴ酸バルブ増強による作物の窒素同化能および環境ストレス耐性能向上の試み
2011年4月 - 2013年3月
科学研究費補助金
谷口光隆
担当区分：研究代表者
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C4光合成に関わる葉緑体の新たな機能分化
2010年2月 - 2010年4月
科学研究費補助金 外国人招へい研究（短期）
谷口光隆
担当区分：研究代表者
外国人招へい研究（短期）
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C4植物の葉肉葉緑体が環境ストレスに応答して集合運動する分子機構とその生理的意義
2009年4月 - 2012年3月
科学研究費補助金 基盤研究(B)
担当区分：研究代表者
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イネ科におけるグリシンベタイン合成・輸送・蓄積機構に関する研究
2008年4月 - 2012年3月
科学研究費補助金 基盤研究(B)
高倍鉄子
担当区分：研究分担者
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C4植物における塩ストレス障害発現機構と耐塩性機構の解明
2006年4月 - 2009年3月
科学研究費補助金 基盤研究（Ｂ）（一般）課題番号：18380012
三宅博
担当区分：研究分担者
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代謝産物輸送体発現変異株を用いた葉緑体リンゴ酸バルブの解析
2005年4月 - 2007年3月
科学研究費補助金 基盤研究（Ｃ），課題番号：17570033
谷口光隆
担当区分：研究代表者
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作物組織における遺伝子発現過程の可視化に関する研究
2004年4月 - 2007年3月
科学研究費補助金 萌芽研究 課題番号：16658008
三宅博
担当区分：研究分担者
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作物における塩ストレス障害の発現機構とその軽減対策
2003年4月 - 2006年3月
Grant-in-Aid for Scientific Research
担当区分：研究分担者
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葉緑体包膜に局在する代謝産物輸送体の生理機能の解明
2002年7月 - 2004年1月
科学研究費補助金 基盤研究(C)(2)(一般)
担当区分：研究代表者
科研費
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C4光合成回路に関与するリンゴ酸輸送体の同定と機能特性の解析
2000年4月 - 2002年3月
科学研究費補助金 奨励研究(A)
担当区分：研究代表者
科研費
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C4植物キビのミトコンドリアに存在するトランスロケーターの機能と発現の解析
1998年4月 - 2000年3月
科学研究費補助金 奨励研究
担当区分：研究代表者
科研費