木下班
木下班・論文発表
Midorikawa, K., and *Kodama, Y.
A tool for live-cell confocal imaging of temperature-dependent organelle dynamics.
Microscopy, in press (2024) Link
Yong, L.-K., Keino, I., Kanna, Y., Noguchi, M., Fujisawa, M., and *Kodama, Y.
Functional comparison of phototropin from the liverworts Apopellia endiviifolia and Marchantia polymorpha.
Photochemistry and Photobiology, in press (2024) Link
Hayashi, Y., Fukatsu, K., Takahashi, K., Kinoshita, S.N., Kato, K., Sakakibara, T., Kuwata, K., and *Kinoshita, T.
Phosphorylation of plasma membrane H+-ATPase Thr881 participates in light-induced stomatal opening.
Nature Commun., 15, 1194 (2024) Linkプレスリリース
本研究では、光による気孔開口の分子機構を解明することを目的とし、ソラマメ孔辺細胞プロトプラストを用いた網羅的なホスホプロテオミクスと、シロイヌナズナを用いた遺伝子組換え実験を行いました。その結果、気孔開口において必須の役割を担う細胞膜プロトンポンプの、すでに知られているC末端から２番目のスレオニン残基（Thr948）の青色光によるリン酸化に加え、881番目のスレオニン残基（Thr881）の孔辺細胞葉緑体に作用する赤色光と青色光受容体フォトトロピンに作用する青色光によるリン酸化が、気孔開口に必要であることが明らかとなりました。また、Thr881のリン酸化は、孔辺細胞のみならず、葉や芽生えにおいても観察されること、さらに、リン酸化Thr881の脱リン酸化には、タイプ２CプロテインホスファターゼDが関与することも明らかとなりました。気孔は、シグナルとして作用する青色光のみでは開口せず、孔辺細胞の光合成を誘導する赤色光が必要であることが知られていましたが、本研究により、気孔開口における赤色光と青色光の効果を繋ぐ分子機構の一端が明らかになり、植物のマスターエンザイム・細胞膜プロトンポンプの精緻な活性調節機構が明らかとなりました。なお、本論文は武宮班の論文とback-to-backでNature Communications 誌の同一号に掲載されました。
Ichikawa, S., Sakata, M., Oba, T., and *Kodama, Y.
Fluorescein staining of chloroplast starch granules in living plants.
Plant Physiol., 194, 662–672 (2024) Link
Ishikawa, K., Xie, X., Osaki, Y., Miyawaki, A., Numata, K., and *Kodama, Y.
Bilirubin is produced nonenzymatically in plants to maintain chloroplast redox status.
Sci. Adv., 9, eadh4787 (2023) Linkプレスリリース
ビリルビンはヒトなどの動物の血液に含まれるヘムの代謝産物として知られ、黄疸の原因物質として有名な色素です。人体においてはヘムの多くが赤血球中のグロビンというタンパク質に結合した「ヘモグロビン」として存在し、酸素を全身に輸送する機能を果たしています。一方で、血液が分解される際には、グロビンタンパク質から外れたヘム（遊離ヘム）が発生しますが、これが強い毒性を有することが知られています。そこで動物は、酵素を使って遊離ヘムを分解するシステムを有しています。動物では、遊離ヘムはビリベルジンという物質になった後、最終的にビリルビンに代謝されます。植物は血液を持ちませんが、動物と同様にヘムを有し、ヘムは酵素と結合することで、光合成や呼吸などで重要な役割を果たしています。しかし植物における遊離ヘムは、葉緑体内の酵素によってビリベルジンに変換されるものの、動物とは異なり、ビリルビンには代謝されないと考えられてきました。本研究では、ビリルビンに結合した際に蛍光を発するニホンウナギ由来UnaGタンパク質を用いて、様々な植物種でビリルビンが作られることを発見しました。また植物ビリルビンは、光合成の際に大量に発生するNADPHという物質と反応して非酵素的に作られ、酸化ストレスの低減に働いていました。この非酵素反応を介したメカニズムは、植物が変動する光環境に迅速に対応するために発達させたものと考えられます。
Aihara, Y., Maeda, B., Goto, K., Takahashi, K., Nomoto, M., Toh S., Ye, W., Toda, Y., Uchida, M., Asai, E., Tada, Y., Itami, K., Sato, A., *Murakami, K., and *Kinoshita, T.
Identification and improvement of isothiocyanate-based inhibitors on stomatal opening to act as drought tolerance–conferring agrochemicals.
Nature Commun., 14, 2665 (2023) Linkプレスリリース
植物の表皮には気孔が数多く存在し、植物はこの孔を通して光合成に必要な二酸化炭素を取り込み、蒸散や酸素の放出など、大気とのガス交換を行っています。気孔は一対の孔辺細胞により構成され、太陽光に含まれる青色光などに応答して開口します。孔辺細胞に青色光が照射されると、青色光受容体フォトトロピンが活性化し、細胞内シグナル伝達を経て細胞膜プロトンポンプを活性化し、気孔開口の駆動力が形成されますが、青色光がどのようにプロトンポンプを活性化するのか、シグナル伝達の詳細は完全には明らかになっていません。本研究では、気孔開度制御の分子機構を明らかにするため、気孔開度に影響を与える化合物の網羅的なスクリーニング（約3万）を実施しました。その結果、アブラナ目植物がもつ天然物のイソチオシアネートであるベンジルイソチオシアネート (BITC) が細胞膜プロトンポンプの活性化を抑制することで気孔開口を抑制することが明らかとなりました。また、BITCの分子構造を改良することによって、抑制活性がBITCよりも最大66倍強いスーパーITCの開発にも成功しました。スーパーITCは、植物ホルモン・アブシジン酸をしのぐ気孔開口抑制活性を有し、かつ、効果がより長期間持続することが分かりました。さらに、これらの化合物をキクの切花や土植えのハクサイに散布したところ、乾燥による葉のしおれが抑制されることが明らかとなり、切花や生け花の鮮度保持剤や農作物の乾燥耐性付与剤としての利用が期待される結果が得られました。
Takagi, M., Hirata, R., Aihara, Y., Hayashi, Y., Mizutani-Aihara, M., Ando, E., Yoshimura-Kono, M., Tomiyama, M., Kinoshita, T., *Mine, A., and *Toda, Y.
Image-based quantification of Arabidopsis thaliana stomatal aperture from leaf images.
Plant Cell Physiol., 64, 1301–1310 (2023) Link
*Kinmonth-Schultz, H., Sønstebø, J.H., Croneberger, A.J., Johnsen, S.S., Leder, E., Lewandowska-Sabat, A., Imaizumi, T., Rognli, O.A., Vinje, H., Ward, J.K., and *Fjellheim, S.
Responsiveness to long days for flowering is reduced in Arabidopsis by yearly variation in growing season temperatures.
Plant Cell Environ., 46, 3337-3352 (2023) Link
Xie, W., Liu, S., Gao, H., Wu, J., Liu, D., Kinoshita, T., and *Huang, C.-F.
PP2C.D phosphatase SAL1 positively regulates aluminum resistance via restriction of aluminum uptake in rice.
Plant Physiol., 192, 1498–1516 (2023) Link
*Raghavendra, A.S., *Ye, W., and *Kinoshita, T.
Editorial: pH as a signal and secondary messenger in plant cells.
Front. Plant Sci., 14, 1148689 (2023) Link
Lee, N., Ozaki, Y., Hempton, A.K., Takagi, H., Purusuwashi, S., Song, Y.H., Endo, M., Kubota, A., and *Imaizumi, T.
The FLOWERING LOCUS T gene expression is controlled by high-irradiance response and external coincidence mechanism in long days in Arabidopsis.
New Phytol., 239, 208-221 (2023) Link
Yong, L.K., and *Kodama, Y.
Dark-induced chloroplast relocation depends on actin filaments in the liverwort Apopellia endiviifolia along with the light- and cold-induced relocations.
Plant Cell Environ., 46, 1822-1832 (2023) Link
Takagi, H., Hempton, A.K., and *Imaizumi, T.
Photoperiodic flowering in Arabidopsis: Multilayered regulatory mechanisms of CONSTANS and the florigen FLOWERING LOCUS T.
Plant Commun., 4, 100552 (2023) Link
Ding, M., Zhu, Y., and *Kinoshita, T.
Stomatal properties of Arabidopsis cauline and rice flag leaves and their contributions to seed production and grain yield.
J. Exp. Bot., 74, 1957-1973 (2023) Link
Kinoshita, S., Suzuki, T., Kiba, T., Sakakibara, H., and *Kinoshita, T.
Photosynthetic-product-dependent activation of plasma membrane H+-ATPase and nitrate uptake in Arabidopsis leaves.
Plant Cell Physiol., 64, 191-203 (2023) Link
Bashir, K., Todaka, D., Rasheed, S., Matsui, A., Ahmad, Z., Sako, K., Utsumi, Y., Vu, A.T., Tanaka, M., Takahashi, S., Ishida, J., Tsuboi, Y., Watanabe, S., Kanno, Y., Ando, E., Shin, K.-C., Seito, M., Motegi, H., Sato, M., Li, R., Kikuchi, S., Fujita, M., Kusano, M., Kobayashi, M., Habu, Y., Nagano, A.J., Kawaura, K., Kikuchi, J., Saito, K., Hirai, M.Y., Seo, M., Shinozaki, K., Kinoshita, T., and *Seki, M.
Ethanol-mediated novel survival strategy against drought stress in plants.
Plant Cell Physiol., 63, 1181-1192 (2022) Link
Vu, A.T., *Utsumi, Y., Utsumi, C., Tanaka, M., Takahashi, S., Todaka, D., Kanno, Y., Seo, M., Ando, E., Sako, K., Bashir, K., Kinoshita, T., Pham, X.H., and *Seki, M.
Ethanol treatment enhances drought stress avoidance in cassava (Manihot esculenta Crantz).
Plant Mol. Biol., 110, 269-285 (2022) Link
Ichikawa, S., Ishikawa, K., Miyakawa, H., and *Kodama, Y.
Live-cell imaging of the chloroplast outer envelope membrane using fluorescent dyes.
Plant Direct, 6, e462 (2022) Link
*Toda, Y., Perry, G.J.P., Inoue, S., Ito, E., Kawakami, T., Narouz, M.R., Takahashi, K., Aihara, Y., Maeda, B., Kinoshita, T., Itami, K., and *Murakami, K.
Identification of stomatal-regulating molecules from de novo arylamine collection through aromatic C–H amination.
Sci. Rep., 12, 949 (2022) Link
*Ye, W., *Dong, J., and *Kinoshita, T.
Editorial: stomatal biology and beyond.
Front. Plant Sci., 13, 848811 (2022) Link
Blair, E.J., Goralogia, G.S., Lincoln, M.J., Imaizumi, T., and *Nagel, D.H.
Clock-controlled and cold-induced CYCLING DOF FACTOR6 alters growth and development in Arabidopsis.
Front. Plant Sci., 13, 919676 (2022) Link
Soda, M.N., Hayashi, Y., Takahashi, K., and *Kinoshita, T.
Tryptophan synthase ß subunit 1 affects stomatal phenotypes in Arabidopsis thaliana.
Front. Plant Sci., 13, 1011360 (2022) Link
*Ando, E., Kollist, H., Fukatsu, K., *Kinoshita, T., and Terashima, I.
Elevated CO2 induces rapid dephosphorylation of plasma membrane H+-ATPase in guard cells.
New Phytol., 236, 2061–2074 (2022) Linkプレスリリース
*Friml, J., Gallei, M., Gelová, Z., Johnson, A., Mazur, E., Monzer, A., Rodriguez, L., Roosjen, M., Verstraeten, I., Živanović, B.D., Zou, M., Fiedler, L., Giannini, C., Grones, P., Hrtyan, M., Kaufmann, W.A., Kuhn, A., Narasimhan, M., Randuch, M., Rýdza, N., Takahashi, K., Tan, S., Teplova, A., Kinoshita, T., Weijers, D., and Rakusová, H.
ABP1–TMK auxin perception for global phosphorylation and auxin canalization.
Nature, 609, 575–581 (2022) Link
Ueda, A., Aihara, Y., Sato, S., Kano, K., Mishiro-Sato, E., Kitano, H., Sato, A., *Fujimoto, K.J., Yanai, T., *Amaike, K., *Kinoshita, T., and *Itami, K.
Discovery of 2,6-dihalopurines as stomata opening inhibitors: implication of an LRX-mediated H+-ATPase phosphorylation pathway.
ACS Chem. Biol., 18, 347-355 (2023) Link
*Inoue, S.I, Hayashi, M., Huang, S., Yokosho, K., Gotoh, E., Ikematsu, S., Okumura, M., Suzuki, T., Kamura, T., *Kinoshita, T., and *Ma, J.F.
A tonoplast-localized magnesium transporter is crucial for stomatal opening in Arabidopsis under high Mg2+ conditions.
New Phytol., 236, 864-877 (2022) Linkプレスリリース
*Kinoshita S.N., and *Kinoshita T.
A win-win scenario for photosynthesis and the plasma membrane H+ pump.
Front. Plant Sci., 13, 982485 (2022) Link
Noguchi, M., and *Kodama, Y.
Temperature sensing in plants: On the dawn of molecular thermosensor research.
Plant Cell Physiol., 63, 737-743 (2022) Link
Ishikawa, K., Konno, R., Hirano, S., Fujii, Y., Fujiwara, M., Fukao, Y, and *Kodama, Y.
The endoplasmic reticulum membrane-bending protein RETICULON facilitates chloroplast relocation movement in Marchantia polymorpha.
Plant J., 111, 205-216 (2022) Link
Hirano, S., Sasaki, K., Osaki, Y., Tahara, K., Takahashi, H., Takemiya, A., and *Kodama, Y.
The localization of phototropin to the plasma membrane defines a cold-sensing compartment in Marchantia polymorpha.
PNAS Nexus, 1, pgac030 (2022) Link
Chonprakun, T., Horii, Y., Mori, M., Fujita, S., Ohtani, M., Tsuchiya, K., Kodama, Y., *Odahara, M., and *Numata K.
Non-transgenic gene modulation via spray delivery of nucleic acid/peptide complexes into plant nuclei and chloroplasts.
ACS Nano, 16, 3506–3521 (2022) Linkプレスリリース
Akiyama, M., Sugimoto, H., Inoue, S., Takahashi, Y., Hayashi, M., Hayashi, Y., Mizutani, M., Ogawa, T., Kinoshita, D., Ando, E., Park, M., Gray, W.M., and *Kinoshita, T.
Type 2C protein phosphatase clade D family members dephosphorylate guard cell plasma membrane H+-ATPase.
Plant Physiol., 188, 2228–2240 (2022) Link
Hayashi, Y., *Takahashi, Y., Fukatsu, K., Tada, Y., Takahashi, K., Kuwata, K., Suzuki, T., and *Kinoshita, T.
Identification of abscisic acid-dependent phosphorylated basic helix-loop-helix transcription factors in guard cells of Vicia faba by mass spectrometry.
Front. Plant Sci., 12, 735271 (2021) Link
Ren, Z., Suolang, B., Fujiwara, T., Yang, D., Saijo, Y., *Kinoshita, T., and *Wang, Y.
Promotion and upregulation of a plasma membrane proton-ATPase strategy: principles and applications.
Front. Plant Sci., 12, 749337 (2021) Link
Lin, W., Zhou, X., Tang, W., Takahashi, K., Pan, X., Dai, J., Ren, H., Zhu, X., Pan, S., Zheng, H., Gray, W.M., Xu, T., and Kinoshita, T., and *Yang, Z.
TMK-based cell surface auxin signaling activates cell wall acidification in Arabidopsis.
Nature, 599, 278-282 (2021) Link
Li, L., Verstraeten, I., Roosjen, M., Takahashi, K., Rodriguez, L., Merrin, J., Chen, J., Shabala, L., Smet, W., Hong, R.H., Vanneste, S., Shabala, S., De Rybel, B., Weijers, D., Kinoshita, T., Gray, W.M., and *Friml, J.
Cell surface and intracellular auxin signalling for H+ fluxes in root growth.
Nature, 599, 273-277 (2021) Link
*Toh, S., Takata, N., Ando, E., Toda, Y., Wang, Y., Hayashi, Y., Mitsuda, N., Nagano, S., Taniguchi, T., and *Kinoshita, T.
Overexpression of plasma membrane H+-ATPase in guard cells enhances light-induced stomatal opening, photosynthesis, and plant growth in hybrid aspen.
Front. Plant Sci., 12, 766037 (2021) Link
Ye, W., Koya, S., Hayashi, Y., Jiang, H., Oishi, T., Kato, K., Fukatsu, K., and *Kinoshita, T.
Identification of genes preferentially expressed in stomatal guard cells of Arabidopsis thaliana and involvement of the aluminum-activated malate transporter 6 vacuolar malate channel in stomatal opening.
Front. Plant Sci., 12, 744991 (2021) Link
Ding, M., Zhang, M., Zeng, H., Hayashi, Y., Zhu, Y., and *Kinoshita, T.
Molecular basis of plasma membrane H+-ATPase function and potential application in the agricultural production.
Plant Physiol. Biochem., 168, 10–16 (2021) Link
Wang, T., Ye, W., Wang, Y., Zhang, M., Aihara, Y., and *Kinoshita, T.
Protease inhibitor-dependent inhibition of light-induced stomatal opening.
Front. Plant Sci., 12, 735328 (2021) Link
*Toda, Y., *Tameshige, T., Tomiyama, M., Kinoshita, T., and Shimizu, K.K.
An affordable image-analysis platform to accelerate stomatal phenotyping during microscopic observation.
Front. Plant Sci., 12, 715309 (2021) Link
*Kinmonth-Schultz, H., Lewandowska-Sabat, A., Imaizumi, T., Ward, J.K., Rognli, O.A., and *Fjellheim, S.
Flowering times of wild Arabidopsis accessions from across Norway correlate with expression levels of FT, CO, and FLC genes.
Front. Plant Sci., 12, 747740 (2021) Link
Kubota, A., Song, Y.H., and *Imaizumi T.
Simple nuclei preparation and co-immunoprecipitation procedures for studying protein abundance and interactions in plant circadian time courses.
Methods Mol. Biol., 2398, 121-134 (2022) Link
Kato, S., Takahashi, Y., Fujii, Y., Sasaki, K., Hirano, S., Okajima, K., and *Kodama, Y.
The photo-thermochemical properties and functions of Marchantia phototropin encoded by an unduplicated gene in land plant evolution.
J. Photochem. Photobiol. B., 224, 112305 (2021) Link
Takahashi, H., and *Kodama, Y.
Culture-based preservation of Marchantia polymorpha gemmalings and thalli without encapsulation, drying, or freezing.
Plant Biotechnol., 38, 449-452 (2021) Link
Yokawa, K., and *Kodama, Y.
A green light-excitable FRET system for monitoring intracellular calcium levels in plant cells.
Plant Signal. Behav., 1963104 (2021) Link
Kamiyama, Y., Hirotani, M., Ishikawa, S., Minegishi, F., Katagiri, S., Rogan, C., Takahashi, F., Nomoto, M., Ishikawa, K., Kodama, Y., Tada, Y., Takezawa, D., Anderson, J., Peck, S., Shinozaki, K., and *Umezawa, T.
Arabidopsis group C Raf-like protein kinases negatively regulate abscisic acid signaling and are direct substrates of SnRK2.
Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 118, e2100073118 (2021) Linkプレスリリース
Yong, L.K., Tsuboyama,. S, Kitamura, R., Kurokura, T., Suzuki, T., and *Kodama, Y.
Chloroplast relocation movement in the liverwort Apopellia endiviifolia.
Physiol. Plant., 173, 775-787 (2021) Link
Oikawa, K., Imai ,T., *Kodama Y., and *Numata, K.
Effects of mitochondria-selective fluorescent probes on mitochondrial movement in Arabidopsis mesophyll cells evaluated by using the quantification.
Plant Biotechnol., 38, 257-262 (2021) Link
Oikawa, K., Imai, T., Thagun, C., Toyooka, K., Yoshizumi, T., Ishikawa, K., *Kodama, Y., and *Numata, K.
Mitochondrial movement during its association with chloroplasts in Arabidopsis thaliana.
Commun. Biol., 4, 292 (2021) Linkプレスリリース
Sanagi, M., Aoyama, S., Kubo, A., Lu, Y., Sato, Y., Ito, S., Abe, M., Mitsuda, N., Ohme-Takagi, M., Kiba, T., Nakagami, H., Rolland, F., Yamaguchi, J., *Imaizumi, T., and *Sato, T.
Low nitrogen conditions accelerate flowering by modulating the phosphorylation state of FLOWERING BHLH 4 in Arabidopsis.
Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 118, e2022942118 (2021) Linkプレスリリース
土壌中の窒素量が開花時期に影響を及ぼすという観察は農作物でも見受けられますがそのメカニズムは殆ど分かっていませんでした。本研究では、窒素量に応じてリン酸化の程度が顕著に異なる転写因子が開花制御に重要な因子であるFBH4であることを発見しました。さらに培養条件中の窒素量によりFBH4タンパク質のリン酸化修飾変化が起こり、タンパク質の細胞内局在を変化させることによって転写因子の活性を制御していることが示唆されました。その上FBH4タンパク質はSnRK1リン酸化酵素によりリン酸化される事、また窒素量に応じてSnRK1の活性が変わる事を見出しました。これらのメカニズムを介して窒素量の変化が開花時期を調節する事を明らかにしました。
*Kinoshita, T., Toh, S., and *Torii, K.U.
Chemical control of stomatal function and development.
Curr. Opin. Plant Biol., 60, 102010 (2021) Link
Zhang, M., Wang, Y., Chen, X., Xu, F., Ding, M., Ye, W., Kawai, Y., Toda, Y., Hayashi, Y., Suzuki, T., Zeng, H., Xiao, L., Xiao, X., Xu, J., Guo, S., Yan, F., Shen, Q., Xu, G., *Kinoshita, T., and *Zhu, Y.
Plasma membrane H+-ATPase overexpression increases rice yield via simultaneous enhancement of nutrient uptake and photosynthesis.
Nature Commun., 12, 735 (2021) Link, プレスリリース
植物は、根から窒素などの養分を吸収すると同時に、葉の気孔を開き、CO2を取り込んで光合成を行い、成長しています。本研究では、イネの養分吸収と気孔開口について解析を行い、細胞膜プロトンポンプと呼ばれる酵素が共通して重要な役割を果たすことが明らかとなりました。そこで、プロトンポンプ過剰発現イネの詳細な解析を行ったところ、野生株と比べ、根での養分吸収、気孔開口、光合成活性が20％以上増加し、隔離水田での栽培試験において収量が30%以上増加することが明らかとなりました。さらに過剰発現イネでは窒素の施肥量を半分に減らしても、通常より収量が多いことを見出しました。本研究の成果は、今後、食糧増産や環境問題に大きく関わるCO2や肥料の削減に貢献することが期待されます。
Pudasaini, A., Green, R., Song, Y.H., Blumenfeld, A., Karki, N., Imaizumi, T., and *Zoltowski, B.D.
Steric and electronic interactions at Gln154 in ZEITLUPE induce reorganization of the LOV domain dimer interface.
Biochemistry, 60, 95-103 (2021) Link