植物分子生理学研究室

研究テーマ

当研究室では以下の２つの課題を研究しています。

• 植物の環境ストレス応答機構。とくに活性カルボニル種の生成，作用，消去機構の解明と作物生産向上への応用
• 活性カルボニル種を解毒消去する植物成分の同定と利用

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研究の目的

• 環境ストレスとは，乾燥や高温・低温，紫外線，高塩分土壌などの環境条件が厳しく，植物の生育が阻害されることをいいます。環境ストレスは作物生産を大きく減少させています。
• 植物は発芽した場所から移動しない生活をおくっているため，つねに環境条件の変動にさらされています。したがって，植物はさまざまな条件変化に耐える「ストレス耐性」能力をもともと持っています。ストレス耐性には，物質レベル，細胞レベル，組織レベルでいくつものしくみがはたらいています。しかし私たちは植物のもつストレス耐性能力のごく一部しか解明していません。
• 私たちは，植物の環境ストレス耐性に関わる新たな酵素2-アルケナールレダクターゼ（AER）を発見し，この研究から，植物の環境ストレス障害の新たなメカニズムを次のように明らかにしました。
• 上述の酵素AERは，活性酸素が生体膜の脂質と反応してできる一群の毒物「活性カルボニル種（reactive carbonyl species; RCS）」を解毒消去する新規酵素です。AERを過剰発現させた組換え植物は，強光，塩分，アルミニウムなどのストレスに耐性を示しました。ここから，RCSが植物の環境ストレス傷害の要因であることが明らかになりました。
• RCSは活性酸素と同様に，細胞の生死を決定する重要な化合物群です。私たちはRCSが植物細胞でどのようにして生成し，どんなタンパク質に作用し，何を引き起こすのかを詳しく究明しています。また，RCSを解毒消去するしくみの解明もめざしています。
• RCSの有害な作用を抑える組換えDNA技術によって，環境ストレス耐性の高い作物を開発すれば，不良環境でも安定した農業生産が期待できます。

最近の発表（論文，講演など）

発表論文 Recent publication

• Sultana, M. S., Sakurai, C., Biswas, M. S., Szabados, L. and *Mano, J.* (Januray 2024) Accumulation of reactive carbonyl species in roots as the　primary cause of salt stress-induced growth retardation of *Arabidopsis　thaliana. Physiologia Plantarum*, in press. *DOI: *10.1111/ppl.14198
• Traiphop Phahom, Jun'ichi Mano(2023) Integration of multiple linear regression, principal component analysis, and hierarchical cluster analysis for optimizing dried fingerroot (Boesenbergia rotunda) extratction process. Journal of Applied Research on Medicinal and Aromatic Plants 36 100511
• Nanaka Murakami, Saashia Fuji, Shota Yamauchi, Sakurako Hosotani, Jun’ichi Mano, Atsushi Takemiya. (2022) Reactive Carbonyl Species Inhibit Blue-Light-Dependent Activation of the Plasma Membrane H+-ATPase and Stomatal Opening. Plant Cell Physiol 63(8):1168-11
• Most. Sharmin Sultana, Shun-ichi Yamamoto, Md. Sanaullah Biswas, Chisato Sakurai, Hayato Isoai, Jun’ichi Mano. (2022) Histidine-Containing Dipeptides Mitigate Salt Stress in Plants by Scavenging Reactive Carbonyl Species. J. Agric. Food Chem. 70, 11169–11178
• 真野純一（2022）植物の環境応答とレドックス制御:活性酸素と活性カルボニルの意義．山内靖雄，須藤修，和田哲夫監修「バイオスティミュラントハンドブック 植物の生理活性プロセスから資材開発、適用事例まで」pp.45-60, NTS.
• 真野純一（2022）植物細胞の酸化シグナルを伝える活性カルボニル種—過酸化脂質由来α,β-不飽和カルボニル化合物の作用．化学と生物．60(3): pp. 131-135.
• Mano, J., Biswas, M. S., Sugimoto, K. and Murata, Y. (2022) Determination of reactive carbonyl species, which mediate ROS signals in plant cells. In Methods in Molecular Biology ‘Reactive Oxygen Species in Plants: Methods and Protocols’ (Mhamdi, A. ed.), Springer, in press.
• Biswas, Md. S. and Mano, J. (2021) Lipid peroxide-derived reactive carbonyl species as mediators of oxidative stress and signaling. Frontiers in Plant Science 12: 720867. doi: 10.3389/fpls.2021.720867
• Nurbekova, Z., Srivastava, S., Standing, D., Kurmanbayeva, A., Bekturova, A., Soltabayeva, A., Oshanova, D., Turečková, V., Strnad, M., Biswas, Md. S., Mano, J., Sagi, M. (2021) Arabidopsis aldehyde oxidase 3, known to oxidize abscisic aldehyde to ABA, protects leaves from aldehyde toxicity. The Plant Journal, 108: 1439-1455. https://doi.org/10.1111/tpj.15521
• Koschmieder, J., Wüst, F., Schaub, P., Álveraz, D., Trautmann, D., Fekete, A., Shiko, G., Rustenholz, C., Mano, J., Müller, M., Bartels, D., Hugueney, P. and Welsch, R. (March 2021) Plant apocarotenoid metabolism defense mechanisms against reactive carbonyl species and xenobiotics. Plant Physiology 185(2):331-351. doi: 10.1093/plphys/kiaa033
• Sugimoto, K., Matsuoka, Y., Sakai, K., Fujiya, N., Fujii, H. and Mano, J. (2021) Catechins in green tea powder (matcha) are heat-stable scavengers of acrolein, a lipid peroxide-derived reactive carbonyl species. Food Chemistry 355: 129403. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2021.129403.
• Islam, Md. M., Ye, W., Akter F., Rhamana, M. S., Matsushima, D., Munemasa, S., Okuma, E., Nakamura, Y., Biswas, Md. S., Mano, J., Murata, Y. (2020) Reactive carbonyl species mediate methyl jasmonate-induced stomatal closure.Plant Cell Physiol 61 (10):1788-1797.
• Biswas, Md. S., Terada, R. and Mano, J. (2020) Inactivation of carbonyl-detoxifying enzymes by H2O2 is a trigger to increase carbonyl load for initiating programmed cell death in plants. Antioxidants 9: 141.
• Biswas, Md. S., Fukaki, H., Mori, , I. C., Nakahara, K. and Mano, J. (2019) Reactive oxygenspecies and reactive carbonyl species constitute a feed-forward loop in the auxin signaling for lateral root formation. Plant J. 100: 536-548. https://doi.org/10.1111/tpj.14456
• Islam, Md. M., Ye, M., Matsushima, D, Rahman, M. S., Munemasa, S., Okuma, E., Nakamura, Y., Biswas, M. S., Mano, J. and Murata, Y. (2019) Reactive carbonyl species function as signal mediators downstream of H2O2 production and regulate [Ca2+]in elevation in ABA signal pathway in Arabidopsis guard cells. Plant Cell Physiol. 60: 1146-1159.
• Mano, J., Kanameda, S., Kuramitsu, R., Matsuura, N. and Yamauchi, Y. (2019) Detoxification of reactive carbonyl species by glutathione transferase Tau isozymes. Front. Plant Sci. 10: 487.

学会発表 Presentation at conferences

• Mano, J., Takemiya, A. & Murata, Y. Acrolein and related α,β-unsaturated carbonyls can regulate stomata aperture by modulating both abscisic acid and blue light signaling pathways, The 9th Asian-oceanian Symposium on Plant Lipids in Korea　韓国（2023年10月10-13日）
• 羽田紋子, 松井健二, 松岡恭正, 真野純一：ネギ属に含まれる含硫アミノ酸は優れたアクロレイン消去物質である. 日本農芸化学会2022年度中国四国支部大会, 香川（2022年9月21日〜22日) ，A-8.
• Most. Sharmin Sultana, Shun-ichi Yamamoto, Md. Sanaullah Biswas, Chisato Sakurai, Hayato Isoai, Jun'ichi Mano, : Histidine-containing dipeptides mitigate salt stress in plants by scavenging reactive carbonyl species 日本農芸化学会2022年度中国四国支部大会, 香川（2022年9月21日〜22日)，B-10.
• 酒井杏子, 田村奈津美、真野純一:アボカド果実からのアクロレイン消去成分の精製.日本農芸化学会2021年度大会, 仙台（2021年３月18日～21日,オンライン開催）
• 倉光里佳，要田紗也加，松浦凪沙，山内靖雄，真野純一：アクロレインは植物グルタチオントランスフェラーゼの共通基質である．第60回日本植物生理学会年会，名古屋（2019年3月13日），1aF11.
• 寺田凌太，Md. Sanaullah Biswas, 真野純一：H2O2はカルボニルレダクターゼを失活させ，タバコ細胞のプログラム細胞死に関わるカルボニル種を増大させる．第60回日本植物生理学会年会，名古屋（2019年3月13日），1aF12.
• 中原一葉，Md. Sanaullah Biswas, 深城英弘，森泉，真野純一：活性酸素種と活性カルボニル種はオーキシンの側根形成シグナルをフィードフォワード調節する．第60回日本植物生理学会年会，名古屋（2019年3月13日），1pG06.

講演 Invited speech