2025/10/09 更新

写真a

タカハシ　ヨウヘイ
髙橋　洋平
TAKAHASHI Yohei
所属
トランスフォーマティブ生命分子研究所 特任准教授
大学院担当
大学院理学研究科
職名
特任准教授

学位 1

  1. 博士（理学） （ 2010年3月   九州大学 ） 

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論文 29

  1. Stomatal CO2 Sensing in Plants: Control of Gas Exchange and Interactions with Environmental Stimuli.

    Yohei Takahashi, Hyunhee Joo, Nattiwong Pankasem, Po-Kai Hsu, Julian I Schroeder

    Plant & cell physiology     2025年7月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    Stomatal pores in land plants rapidly and reversibly open and close in response to diurnal changes in leaf carbon dioxide (CO2) concentration. Studies have suggested that CO2 is sensed by guard cells with relevant amplifying contributions from mesophyll tissue. CO2 concentration changes trigger rapid signal transduction events involving protein phosphorylation in guard cells. Moreover, molecular crosstalk and physiological interactions of the stomatal CO2 response with other environmental conditions and stimuli, including light, temperature, drought and abscisic acid, are reviewed here. Genetic studies have revealed several key genes and provided important insights into the stomatal CO2 sensors and signal transduction mechanisms. The primary CO2/HCO3- sensor in Arabidopsis guard cells was recently identified. QTL analyses have shown that early guard cell CO2 signal transduction components regulate water use efficiency (WUE). In this review, we describe the molecular details of stomatal CO2 sensing by CO2/HCO3--induced interaction of two protein kinases, the HT1 Raf-like kinase and the MPK4/MPK12 MAP kinases. The evolutionary emergence of, physiological relevance of, and potential for improvement of WUE of plants via the stomatal CO2 response and open questions in this research field are discussed.

    DOI： 10.1093/pcp/pcaf074

    PubMed

  2. Identification of a novel stomatal opening chemical, PP242, that inhibits early abscisic acid signal transduction in guard cells

    Airi Oh, Riku Kimura, Shinpei Inoue, Taiyo Sato, Yuki Hayashi, Ayato Sato, Yohei Takahashi, Toshinori Kinoshita

    Plant And Cell Physiology     2025年1月

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    掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：Oxford University Press (OUP)  

    Abstract

    Plants control their stomatal apertures to optimize carbon dioxide uptake and water loss. Stomata open in response to light through the phosphorylation of the penultimate residue, Thr, of plasma membrane (PM) H+-ATPase in guard cells. Stomata close in response to drought and the phytohormone abscisic acid (ABA), and ABA suppresses the light-induced activation of PM H+-ATPase. However, the signaling pathways that regulate the stomatal aperture remain unclear. Previously, we identified a target of rapamycin (TOR) inhibitor, temsirolimus, to induce stomatal opening through chemical screening. In the present study, we further investigated other TOR inhibitors and identified PP242 as a novel stomatal opening chemical. PP242 induced stomatal opening even in the dark, as well as phosphorylation of the penultimate Thr of PM H+-ATPase in guard cells. Interestingly, PP242 completely suppressed ABA-induced stomatal closure, and inhibited ABA-induced activation of SNF1-related protein kinase 2s (SnRK2s), which are essential kinases for ABA signal transduction in guard cells. In vitro biochemical analysis revealed that PP242 did not directly inhibit SnRK2 but rather inhibited upstream ABA-signaling components, specifically B3 clade Raf-like kinases. A quadruple mutant of B3 clade Raf-like kinases exhibited an open stoma phenotype that resembled the effect of PP242. However, PP242 still induced stomatal opening in this mutant, suggesting that PP242 also targets other guard cell components. Together, these results reveal that PP242 induces stomatal opening partly by inhibiting steady-state ABA signal transduction.

    DOI： 10.1093/pcp/pcaf013

  3. CO2 response screen in grass Brachypodium reveals the key role of a MAP kinase in CO2-triggered stomatal closure 査読有り Open Access

    1) B. N. K. Lopez, P. H. O. Ceciliato, Y. Takahashi, F. J. Rangel, E. A. Salem, K. Kernig, K. Chow, L. Zhang, M. A. Sidhom, C. G. Seitz, T. Zheng, R. Sibout, D. L. Laudencia-Chingcuanco, D. P. Woods, J. A. McCammon, J. P. Vogel, J. I. Schroeder

    Plant Physiology     2024年

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  4. MPK12 in stomatal CO<sub>2</sub> signaling: function beyond its kinase activity 査読有り 国際共著 国際誌 Open Access

    Yeh Chung-Yueh, Wang Yuh-Shuh, Takahashi Yohei, Kuusk Katarina, Paul Karnelia, Arjus Triinu, Yadlos Oleksii, Schroeder Julian I., Ilves Ivar, Garcia-Sosa Alfonso T., Kollist Hannes

    NEW PHYTOLOGIST   239 巻 ( 1 ) 頁： 146 - 158   2023年7月

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  5. Stomatal CO2/bicarbonate sensor consists of two interacting protein kinases, Raf-like HT1 and non-kinase-activity activity requiring MPK12/MPK4 査読有り 国際共著 国際誌 Open Access

    Takahashi Yohei, Bosmans Krystal C., Hsu Po -Kai, Paul Karnelia, Seitz Christian, Yeh Chung-Yueh, Wang Yuh-Shuh, Yarmolinsky Dmitry, Sierla Maija, Vahisalu Triin, McCammon J. Andrew, Kangasjaervi Jaakko, Zhang Li, Kollist Hannes, Trac Thien, Schroeder Julian I.

    SCIENCE ADVANCES   8 巻 ( 49 ) 頁： eabq6161   2022年12月

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    担当区分：筆頭著者,　責任著者   記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1126/sciadv.abq6161

    Open Access

    Web of Science

    PubMed

  6. Plant hormone regulation of abiotic stress responses 査読有り 国際共著 国際誌 Open Access

    Waadt Rainer, Seller Charles A., Hsu Po-Kai, Takahashi Yohei, Munemasa Shintaro, Schroeder Julian I

    NATURE REVIEWS MOLECULAR CELL BIOLOGY   23 巻 ( 10 ) 頁： 680 - 694   2022年10月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1038/s41580-022-00479-6

    Web of Science

  7. Type 2C protein phosphatase clade D family members dephosphorylate guard cell plasma membrane H<SUP>+</SUP>-ATPase 査読有り 国際誌 Open Access

    Akiyama Mitsumasa, Sugimoto Hodaka, Inoue Shin-ichiro, Takahashi Yohei, Hayashi Maki, Hayashi Yuki, Mizutani Miya, Ogawa Takumi, Kinoshita Daichi, Ando Eigo, Park Meeyeon, Gray William M., Kinoshita Toshinori

    PLANT PHYSIOLOGY   188 巻 ( 4 ) 頁： 2228 - 2240   2022年3月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1093/plphys/kiab571

    Open Access

    Web of Science

    PubMed

    その他リンク： https://academic.oup.com/plphys/article-pdf/188/4/2228/43110507/kiab571.pdf

  8. Identification of Abscisic Acid-Dependent Phosphorylated Basic Helix-Loop-Helix Transcription Factors in Guard Cells of <i>Vicia faba</i> by Mass Spectrometry 査読有り 国際誌 Open Access

    Hayashi Yuki, Takahashi Yohei, Fukatsu Kohei, Tada Yasuomi, Takahashi Koji, Kuwata Keiko, Suzuki Takamasa, Kinoshita Toshinori

    FRONTIERS IN PLANT SCIENCE   12 巻   頁： 735271 - 735271   2021年12月

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    担当区分：責任著者   記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.3389/fpls.2021.735271

    Open Access

    Web of Science

    PubMed

  9. Raf-like kinases and receptor-like (pseudo)kinase GHR1 are required for stomatal vapor pressure difference response 査読有り 国際誌 Open Access

    Hsu Po-Kai, Takahashi Yohei, Merilo Ebe, Costa Alex, Zhang Li, Kernig Klara, Lee Katie H., Schroeder Julian I

    PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA   118 巻 ( 47 )   2021年11月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1073/pnas.2107280118

    Open Access

    Web of Science

    PubMed

    その他リンク： https://syndication.highwire.org/content/doi/10.1073/pnas.2107280118

  10. Molecular mechanisms of stomatal closure in response to rising vapour pressure deficit 査読有り 国際誌 Open Access

    Jalakas Pirko, Takahashi Yohei, Waadt Rainer, Schroeder Julian I., Merilo Ebe

    NEW PHYTOLOGIST   232 巻 ( 2 ) 頁： 468 - 475   2021年10月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1111/nph.17592

    Web of Science

    PubMed

  11. Protein kinase sensors: an overview of new designs for visualizing kinase dynamics in single plant cells 査読有り Open Access

    Zhang Li, Takahashi Yohei, Schroeder Julian I

    PLANT PHYSIOLOGY   187 巻 ( 2 ) 頁： 527 - 536   2021年10月

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    担当区分：筆頭著者,　責任著者  

    DOI： 10.1093/plphys/kiab277

    Web of Science

  12. Signaling mechanisms in abscisic acid-mediated stomatal closure 査読有り 国際誌 Open Access

    Hsu Po-Kai, Dubeaux Guillaume, Takahashi Yohei, Schroeder Julian I.

    PLANT JOURNAL   105 巻 ( 2 ) 頁： 307 - 321   2021年1月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1111/tpj.15067

    Web of Science

    PubMed

  13. Dynamic regulation of Pep-induced immunity through post-translational control of defence transcript splicing 査読有り 国際誌 Open Access

    Dressano Keini, Weckwerth Philipp R., Poretsky Elly, Takahashi Yohei, Villarreal Carleen, Shen Zhouxin, Schroeder Julian I., Briggs Steven P., Huffaker Alisa

    NATURE PLANTS   6 巻 ( 8 ) 頁： 1008 - +   2020年8月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1038/s41477-020-0724-1

    Web of Science

    PubMed

  14. FRET kinase sensor development reveals SnRK2/OST1 activation by ABA but not by MeJA and high CO<sub>2</sub> during stomatal closure 査読有り 国際誌 Open Access

    Zhang Li, Takahashi Yohei, Hsu Po-Kai, Kollist Hannes, Merilo Ebe, Krysan Patrick J., Schroeder Julian I

    ELIFE   9 巻   頁： 1 - 74   2020年5月

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    担当区分：筆頭著者,　責任著者   記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：eLife  

    Sucrose-non-fermenting-1-related protein kinase-2s (SnRK2s) are critical for plant abiotic stress responses, including abscisic acid (ABA) signaling. Here, we develop a genetically encoded reporter for SnRK2 kinase activity. This sensor, named SNACS, shows an increase in the ratio of yellow to cyan fluorescence emission by OST1/SnRK2.6-mediated phosphorylation of a defined serine residue in SNACS. ABA rapidly increases FRET efficiency in N. benthamiana leaf cells and Arabidopsis guard cells. Interestingly, protein kinase inhibition decreases FRET efficiency in guard cells, providing direct experimental evidence that basal SnRK2 activity prevails in guard cells. Moreover, in contrast to ABA, the stomatal closing stimuli, elevated CO2 and MeJA, did not increase SNACS FRET ratios. These findings and gas exchange analyses of quintuple/sextuple ABA receptor mutants show that stomatal CO2 signaling requires basal ABA and SnRK2 signaling, but not SnRK2 activation. A recent model that CO2 signaling is mediated by PYL4/PYL5 ABA-receptors could not be supported here in two independent labs. We report a potent approach for real-time live-cell investigations of stress signaling.

    DOI： 10.7554/eLife.56351

    Open Access

    Web of Science

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    PubMed

  15. MAP3Kinase-dependent SnRK2-kinase activation is required for abscisic acid signal transduction and rapid osmotic stress response 査読有り 国際誌 Open Access

    Takahashi Yohei, Zhang Jingbo, Hsu Po-Kai, Ceciliato Paulo H. O., Zhang Li, Dubeaux Guillaume, Munemasa Shintaro, Ge Chennan, Zhao Yunde, Hauser Felix, Schroeder Julian I

    NATURE COMMUNICATIONS   11 巻 ( 1 ) 頁： 12 - 12   2020年1月

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    担当区分：筆頭著者   記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：Nature Communications  

    Abiotic stresses, including drought and salinity, trigger a complex osmotic-stress and abscisic acid (ABA) signal transduction network. The core ABA signalling components are snf1-related protein kinase2s (SnRK2s), which are activated by ABA-triggered inhibition of type-2C protein-phosphatases (PP2Cs). SnRK2 kinases are also activated by a rapid, largely unknown, ABA-independent osmotic-stress signalling pathway. Here, through a combination of a redundancy-circumventing genetic screen and biochemical analyses, we have identified functionally-redundant MAPKK-kinases (M3Ks) that are necessary for activation of SnRK2 kinases. These M3Ks phosphorylate a specific SnRK2/OST1 site, which is indispensable for ABA-induced reactivation of PP2C-dephosphorylated SnRK2 kinases. ABA-triggered SnRK2 activation, transcription factor phosphorylation and SLAC1 activation require these M3Ks in vitro and in plants. M3K triple knock-out plants show reduced ABA sensitivity and strongly impaired rapid osmotic-stress-induced SnRK2 activation. These findings demonstrate that this M3K clade is required for ABA- and osmotic-stress-activation of SnRK2 kinases, enabling robust ABA and osmotic stress signal transduction.

    DOI： 10.1038/s41467-019-13875-y

    Open Access

    Web of Science

    Scopus

    PubMed

  16. Chemical genetic identification of a lectin receptor kinase that transduces immune responses and interferes with abscisic acid signaling. 査読有り 国際誌 Open Access

    Park J, Kim TH, Takahashi Y, Schwab R, Dressano K, Stephan AB, Ceciliato PHO, Ramirez E, Garin V, Huffaker A, Schroeder JI

    The Plant journal : for cell and molecular biology   98 巻 ( 3 ) 頁： 492 - 510   2019年5月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1111/tpj.14232

    PubMed

  17. Insights into the Molecular Mechanisms of CO<sub>2</sub>-Mediated Regulation of Stomatal Movements. 査読有り 国際誌 Open Access

    Zhang J, De-Oliveira-Ceciliato P, Takahashi Y, Schulze S, Dubeaux G, Hauser F, Azoulay-Shemer T, Tõldsepp K, Kollist H, Rappel WJ, Schroeder JI

    Current biology : CB   28 巻 ( 23 ) 頁： R1356-R1363 - R1363   2018年12月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1016/j.cub.2018.10.015

    PubMed

  18. Mitogen-activated protein kinases MPK4 and MPK12 are key components mediating CO<sub>2</sub> -induced stomatal movements. 査読有り 国際誌 Open Access

    Tõldsepp K, Zhang J, Takahashi Y, Sindarovska Y, Hõrak H, Ceciliato PHO, Koolmeister K, Wang YS, Vaahtera L, Jakobson L, Yeh CY, Park J, Brosche M, Kollist H, Schroeder JI

    The Plant journal : for cell and molecular biology   96 巻 ( 5 ) 頁： 1018 - 1035   2018年12月

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    担当区分：筆頭著者   記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1111/tpj.14087

    PubMed

  19. Abscisic acid-independent stomatal CO<sub>2</sub> signal transduction pathway and convergence of CO<sub>2</sub> and ABA signaling downstream of OST1 kinase. 査読有り 国際誌 Open Access

    Hsu PK, Takahashi Y, Munemasa S, Merilo E, Laanemets K, Waadt R, Pater D, Kollist H, Schroeder JI

    Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America   115 巻 ( 42 ) 頁： E9971-E9980 - E9980   2018年10月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1073/pnas.1809204115

    PubMed

  20. Abscisic acid-induced degradation of <i>Arabidopsis</i> guanine nucleotide exchange factor requires calcium-dependent protein kinases. 査読有り 国際誌 Open Access

    Li Z, Takahashi Y, Scavo A, Brandt B, Nguyen D, Rieu P, Schroeder JI

    Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America   115 巻 ( 19 ) 頁： E4522-E4531 - E4531   2018年5月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1073/pnas.1719659115

    PubMed

  21. Brassinosteroid Involvement in Arabidopsis thaliana Stomatal Opening. Open Access

    Inoue SI, Iwashita N, Takahashi Y, Gotoh E, Okuma E, Hayashi M, Tabata R, Takemiya A, Murata Y, Doi M, Kinoshita T, Shimazaki KI

    Plant & cell physiology   58 巻 ( 6 ) 頁： 1048 - 1058   2017年6月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1093/pcp/pcx049

    PubMed

  22. Reconstitution of Abscisic Acid Signaling from the Receptor to DNA via bHLH Transcription Factors. 査読有り 国際誌 Open Access

    Takahashi Y, Ebisu Y, Shimazaki KI

    Plant physiology   174 巻 ( 2 ) 頁： 815 - 822   2017年6月

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    担当区分：筆頭著者,　責任著者   記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1104/pp.16.01825

    PubMed

  23. Inhibition of the Arabidopsis bHLH transcription factor by monomerization through abscisic acid-induced phosphorylation. 査読有り 国際誌 Open Access

    Takahashi Y, Kinoshita T, Matsumoto M, Shimazaki K

    The Plant journal : for cell and molecular biology   87 巻 ( 6 ) 頁： 559 - 67   2016年9月

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    担当区分：筆頭著者   記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1111/tpj.13217

    PubMed

  24. An ABA-increased interaction of the PYL6 ABA receptor with MYC2 Transcription Factor: A putative link of ABA and JA signaling. 国際誌 Open Access

    Aleman F, Yazaki J, Lee M, Takahashi Y, Kim AY, Li Z, Kinoshita T, Ecker JR, Schroeder JI

    Scientific reports   6 巻   頁： 28941 - 28941   2016年6月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1038/srep28941

    Open Access

    PubMed

  25. Stomatal function has an element of hysteresis 国際誌 Open Access

    Takahashi Yohei, Kinoshita Toshinori

    NEW PHYTOLOGIST   205 巻 ( 2 ) 頁： 455 - 457   2015年1月

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    担当区分：筆頭著者   記述言語：日本語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1111/nph.13149

    Web of Science

    PubMed

  26. bHLH transcription factors that facilitate K⁺ uptake during stomatal opening are repressed by abscisic acid through phosphorylation. 査読有り 国際誌

    Takahashi Y, Ebisu Y, Kinoshita T, Doi M, Okuma E, Murata Y, Shimazaki K

    Science signaling   6 巻 ( 280 ) 頁： ra48   2013年6月

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    担当区分：筆頭著者   記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1126/scisignal.2003760

    PubMed

  27. Biochemical Characterization of In Vitro Phosphorylation and Dephosphorylation of the Plasma Membrane H^+-ATPase

    Hayashi Yuki, Nakamura Suguru, Takemiya Atsushi, TAKAHASHI Yohei, SHIMAZAKI Ken-ichiro, KINOSHITA Toshinori

    Plant and cell physiology   51 巻 ( 7 ) 頁： 1186 - 1196   2010年7月

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    担当区分：筆頭著者,　最終著者,　責任著者   記述言語：英語   出版者・発行元：Oxford University Press  

    DOI： 10.1093/pcp/pcq078

    CiNii Research

  28. Biochemical characterization of in vitro phosphorylation and dephosphorylation of the plasma membrane H+-ATPase.

    Hayashi Y, Nakamura S, Takemiya A, Takahashi Y, Shimazaki K, Kinoshita T

    Plant & cell physiology   51 巻 ( 7 ) 頁： 1186 - 96   2010年7月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1093/pcp/pcq078

    PubMed

  29. Protein phosphorylation and binding of a 14-3-3 protein in Vicia guard cells in response to ABA. 査読有り Open Access

    Takahashi Y, Kinoshita T, Shimazaki K

    Plant & cell physiology   48 巻 ( 8 ) 頁： 1182 - 91   2007年8月

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    担当区分：筆頭著者   記述言語：英語  

    DOI： 10.1093/pcp/pcm093

    PubMed

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科研費 3

  1. 植物CO2感知装置の構築原理とその活用

    2025年 - 2031年

    科学技術振興機構  戦略的な研究開発の推進 創発的研究支援事業 

    高橋 洋平

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    担当区分：研究代表者 

    陸上植物の生活は、表皮に存在する開閉可能な小孔である気孔に大きく依存しており、CO2濃度を感知した素早い気孔開閉は、光合成の材料である大気CO2の吸収や水の蒸散効率を制御します。本課題では、近年同定された植物のCO2センサー複合体を起点とし、順遺伝学やプロテオミクスなどを駆使した分野融合的アプローチにより、CO2情報伝達機構やその起源と進化を追求します。加えて、CO2センサーの複合体形成に着目したケミカルバイオロジーを展開し、CO2感知の分子機構に迫りつつ、植物の生育や水利用、CO2吸収を促進する新規薬剤開発を目指します。

  2. 多角的構造解析による植物の二酸化炭素感知機構の解明

    研究課題/研究課題番号：23H02499  2023年4月 - 2026年3月

    科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    高橋 洋平, 保坂 俊彰

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    陸上植物は、表皮に存在する気孔を介して大気CO2を取り入れて光合成をおこなう。気孔はCO2濃度を感知して開閉し、これは植物のCO2吸収と水利用効率に極めて重要である。本課題では、最近報告された、植物の気孔ではたらくCO2/HCO3-センサーの実体であるHT1-MPK4/12タンパク質複合体に着目し、この複合体のどのような特性が気孔におけるCO2感知を可能にしているのか、またHT1-MPK4/12複合体によるCO2感知がどのように気孔開閉につながる細胞内情報伝達に変換されるのかを、多角的なタンパク質構造解析手法を駆使して明らかにする。

  3. 二酸化炭素濃度を感知する植物細胞内装置と作用分子

    2021年 - 2024年

    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 

    高橋 洋平

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    担当区分：研究代表者 

    本研究では、植物がどのように二酸化炭素の濃度変化を感知するのかを解明するため、植物・大気間のガス交換の90%以上を担う気孔に焦点をあて、二酸化炭素を感知して気孔閉鎖を引き起こす未知の細胞内情報伝達装置に生化学・分子遺伝学・ケミカルバイオロジーを駆使した複合的アプローチで迫ります。さらに、植物の二酸化炭素取り込みの促進や水利用効率の改善に繋がる革新的新規化合物の単離と活用を目指します。

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