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金井 雅武 (カナイ マサタケ) - 准教授 |
出身大学院 【 表示 ／ 非表示 】
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総合研究大学院大学 生命科学研究科 基礎生物学専攻 博士後期課程 修了
2007年 - 2010年
国名：日本国
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東京農業大学 農学研究科 農芸化学専攻 修士課程 修了
2005年 - 2007年
国名：日本国
論文 【 表示 ／ 非表示 】
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Fusing the 3’UTR of seed storage protein genes leads to massive recombinant protein accumulation in seeds 国際誌
Masatake Kanai, Masaya Sugiyama, Maki Kondo, Kenji Yamada, Mikio Nishimura, Shoji Mano
Scientific Reports 13 ( 1 ) 12217 - 12217 2023年12月
記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌）
The demand for recombinant proteins is rising dramatically, and effective production systems are currently being developed. The production of recombinant proteins in plants is a promising approach due to its low cost and low risk of contamination of the proteins with endotoxins or infectious agents from the culture serum. Plant seeds primarily accumulate seed storage proteins (SSPs), which are transcribed and translated from a few genes; therefore, the mechanism underlying SSP accumulation has been studied to help devise ways to increase recombinant protein production. We found that the 3'UTR of SSP genes are essential for SSP accumulation and can be used in the production of recombinant proteins in Arabidopsis. Fusion of the 3'UTR of SSP genes to the 3' ends of DNA sequences encoding recombinant proteins enables massive accumulation of recombinant proteins with enzymatic activity in Arabidopsis seeds. This method is also applicable to the production of human Interferon Lambda-3 (IFN-lambda 3), a candidate biopharmaceutical compound against hepatitis C infection. Considering the low cost and ease of protein production in Arabidopsis, as well as the rapid growth of this plant, our method is useful for large-scale preparation of recombinant proteins for both academic research and biopharmaceutical production.
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Cloning and Functional Verification of Endogenous U6 Promoters for the Establishment of Efficient CRISPR/Cas9-Based Genome Editing in Castor (Ricinus communis)
Masatake Kanai, Kazumi Hikino, Shoji Mano
Genes 14 ( 7 ) 2023年07月
掲載種別：研究論文（学術雑誌）
Castor (Ricinus communis) seeds are rich in a type of hydroxy fatty acid called ricinoleic acid, which is in high demand for the production of plant-based plastics, lubricants, and hydraulic oils. However, the high content of ricin, a toxic protein, in these seeds has restricted further expansion in the area of castor cultivation. Therefore, the development of ricin-free castor is needed. Genome editing technology, although successfully applied in several plant species, is still in the developing stages in castor and awaits the identification of an endogenous U6 promoter with robust function. Here, we searched for U6 small nuclear RNA (snRNA) genes in the castor genome. This led to the identification of six U6 snRNA genes. The promoters of these U6 snRNA genes were cloned, and their function was examined in castor cells using the particle delivery method. The results showed that a U6 promoter length of approximately 300 bp from the transcription start site was sufficient to activate gene expression. This study provides insights into the endogenous castor U6 promoter sequences and outlines a method for verifying the function of U6 promoters in plants using the particle delivery system.
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Ubiquitin-conjugating activity by PEX4 is required for efficient protein transport to peroxisomes in Arabidopsis thaliana
Shoji Mano, Yasuko Hayashi, Kazumi Hikino, Masayoshi Otomo, Masatake Kanai, Mikio Nishimura
Journal of Biological Chemistry 298 ( 6 ) 102038 - 102038 2022年06月
掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：Elsevier BV
Protein transport to peroxisomes requires various proteins, such as receptors in the cytosol and components of the transport machinery on peroxisomal membranes. The Arabidopsis apem (aberrant peroxisome morphology) mutant apem7 shows decreased efficiency of peroxisome targeting signal 1–dependent protein transport to peroxisomes. In apem7 mutants, peroxisome targeting signal 2–dependent protein transport is also disturbed, and plant growth is repressed. The APEM7 gene encodes a protein homologous to peroxin 4 (PEX4), which belongs to the ubiquitin-conjugating (UBC) protein family; however, the UBC activity of Arabidopsis PEX4 remains to be investigated. Here, we show using electron microscopy and immunoblot analysis using specific PEX4 antibodies and in vitro transcription/translation assay that PEX4 localizes to peroxisomal membranes and possesses UBC activity. We found that the substitution of proline with leucine by apem7 mutation alters ubiquitination of PEX4. Furthermore, substitution of the active-site cysteine residue at position 90 in PEX4, which was predicted to be a ubiquitin-conjugation site, with alanine did not restore the apem7 phenotype. Taken together, these findings indicate that abnormal ubiquitination in the apem7 mutant alters ubiquitin signaling during the process of protein transport, suggesting that the UBC activity of PEX4 is indispensable for efficient protein transport to peroxisomes.
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Image-Based Analysis Revealing the Molecular Mechanism of Peroxisome Dynamics in Plants
Shino Goto-Yamada, Kazusato Oikawa, Katsuyuki T. Yamato, Masatake Kanai, Kazumi Hikino, Mikio Nishimura, Shoji Mano
Frontiers in Cell and Developmental Biology 10 2022年05月
出版者・発行元：Frontiers Media SA
Peroxisomes are present in eukaryotic cells and have essential roles in various biological processes. Plant peroxisomes proliferate by de novo biosynthesis or division of pre-existing peroxisomes, degrade, or replace metabolic enzymes, in response to developmental stages, environmental changes, or external stimuli. Defects of peroxisome functions and biogenesis alter a variety of biological processes and cause aberrant plant growth. Traditionally, peroxisomal function-based screening has been employed to isolate Arabidopsis thaliana mutants that are defective in peroxisomal metabolism, such as lipid degradation and photorespiration. These analyses have revealed that the number, subcellular localization, and activity of peroxisomes are closely related to their efficient function, and the molecular mechanisms underlying peroxisome dynamics including organelle biogenesis, protein transport, and organelle interactions must be understood. Various approaches have been adopted to identify factors involved in peroxisome dynamics. With the development of imaging techniques and fluorescent proteins, peroxisome research has been accelerated. Image-based analyses provide intriguing results concerning the movement, morphology, and number of peroxisomes that were hard to obtain by other approaches. This review addresses image-based analysis of peroxisome dynamics in plants, especially A. thaliana and Marchantia polymorpha.
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Regulation of Sugar and Storage Oil Metabolism by Phytochrome during De-etiolation<sup>1</sup> 査読あり
Toshiaki Kozuka, Yuji Sawada, Hiroyuki Imai, Masatake Kanai, Masami Yokota Hirai, Shoji Mano, Matsuo Uemura, Mikio Nishimura, Makoto Kusaba, Akira Nagatani
Plant Physiology 182 ( 2 ) 1114 - 1129 2020年02月
記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：AMER SOC PLANT BIOLOGISTS
Exposure of dark-grown (etiolated) seedlings to light induces the heterotrophic-to-photoautotrophic transition (de-etiolation) processes, including the formation of photosynthetic machinery in the chloroplast and cotyledon expansion. Phytochrome is a red (R)/far-red (FR) light photoreceptor that is involved in the various aspects of de-etiolation. However, how phytochrome regulates metabolic dynamics in response to light stimulus has remained largely unknown. In this study, to elucidate the involvement of phytochrome in the metabolic response during de-etiolation, we performed widely targeted metabolomics in Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) wild-type and phytochrome A and B double mutant seedlings de-etiolated under R or FR light. The results revealed that phytochrome had strong impacts on the primary and secondary metabolism during the first 24 h of de-etiolation. Among those metabolites, sugar levels decreased during de-etiolation in a phytochrome-dependent manner. At the same time, phytochrome upregulated processes requiring sugars. Triacylglycerols are stored in the oil bodies as a source of sugars in Arabidopsis seedlings. Sugars are provided from triacylglycerols through fatty acid beta-oxidation and the glyoxylate cycle in glyoxysomes. We examined if and how phytochrome regulates sugar production from oil bodies. Irradiation of the etiolated seedlings with R and FR light dramatically accelerated oil body mobilization in a phytochrome-dependent manner. Glyoxylate cycle-deficient mutants not only failed to mobilize oil bodies but also failed to develop thylakoid membranes and expand cotyledon cells upon exposure to light. Hence, phytochrome plays a key role in the regulation of metabolism during de-etiolation.
DOI： 10.1104/pp.19.00535
MISC 【 表示 ／ 非表示 】
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孔辺細胞特異的なクチクラ層欠損はCO2吸収促進と乾燥耐性を両立させるか?
金井雅武, 星理絵, 真野昌二, 真野昌二
日本分子生物学会年会プログラム・要旨集(Web) 45th 2022年
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ユビキチン系に制御されたペルオキシソームタンパク質輸送系の解析
真野昌二, 真野昌二, 林八寿子, 林八寿子, 曳野和美, 大友政義, 金井雅武, 西村幹夫
日本植物生理学会年会(Web) 63rd 2022年
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シロイヌナズナのペルオキシソームへの効率的なタンパク質輸送にはPEX4によるユビキチン結合活性が必要である
真野昌二, 真野昌二, 林八寿子, 林八寿子, 曳野和美, 大友政義, 金井雅武, 西村幹夫
日本分子生物学会年会プログラム・要旨集(Web) 45th 2022年
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低CO2耐性を示すシロイヌナズナ変異体のスクリーニング
金井雅武, 真野昌二, 真野昌二
日本分子生物学会年会プログラム・要旨集(Web) 44th 2021年
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プラスチド局在性葉酸はシロイヌナズナの非光合成型プラスチドへ流入する糖によって引き起こされるデンプン合成を阻害する
林誠, 田中美名, 山本沙季, 中川太郎, 金井雅武, 姉川彩, 大西美輪, 三村徹郎, 西村幹夫
日本植物生理学会年会(Web) 60th 2019年
学術関係受賞 【 表示 ／ 非表示 】
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日本植物生理学会 PCP 論文賞
2019年03月 日本植物生理学会
受賞区分：学会誌・学術雑誌による顕彰
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日本農芸化学会2013年度大会 トピックス賞
2012年03月 日本農芸化学会
受賞区分：国内学会・会議・シンポジウム等の賞 受賞国：日本国
科研費（文科省・学振）獲得実績 【 表示 ／ 非表示 】
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高温・乾燥地域での生育を可能にする植物の新規な蒸散制御システムの解明
研究課題/領域番号：19K22438 2019年06月 - 2024年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 挑戦的研究(萌芽)
金井 雅武
配分額：6240000円 （ 直接経費：4800000円 、 間接経費：1440000円 ）
ヒマは蒸散を迅速かつ厳密にコントロールすることで高温・乾燥地域においても高い生産性を示すと考えられる。ヒマ葉の気孔直下の海綿状組織には、他の植物には見られない特殊な細胞（バルブ細胞）が観察されており、このバルブ細胞の機能解析を進める。
これまでに確立したヒマ葉の細胞分画法を用いてバルブ細胞濃縮画分の大量調整を検討した。基礎生物学研究所内の人工気象器で4週間栽培したヒマの新葉から調整したところ、高い純度でバルブ細胞と考えられるサイズの大きい柔組織細胞が調整できた。この画分から全RNAおよび総タンパク質を抽出し、濃度を測定したところ今後の解析に必要な量に達しなかった。サンプル量を増やすために、新葉以外の葉からの分画を検討したところ、純度が低かった。これより、高い純度のサイズの大きい柔組織細胞画分を調整するためには4週間栽培したヒマの新葉が適していることが明らかとなった。十分量のヒマ新葉を用意する目的で、所内の複数の人工気象器、ガラス温室、圃場を利用して栽培し、それぞれから収穫した新葉を用いて画分を調整した。栽培場所によって生育が異なったものの、いずれも調整可能であったため、以降は気候に応じて最適な場所を選択可能であることを明らかとした。これより、精度の高いオミクスデータを取得するためのバルブ細胞画分の大量調整方法と条件を確立した。 -
耕作放棄地を利用した茶油生産のための施肥管理技術の構築
研究課題/領域番号：18KT0095 2018年07月 - 2022年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
真野 昌二, 金井 雅武
配分額：4420000円 （ 直接経費：3400000円 、 間接経費：1020000円 ）
都市への人口流入や農業従事者の高齢化により、中山間地域での耕作放棄地は年々拡大している。これらの地域の適切な管理は、地域社会の維持のみならず、生態系の保存、洪水や土壌侵食の防止等に重要である。地域社会と都市が共存する持続的社会を構築するためには、中山間地域にとって、独自性のある高い価値をもつ農産物を生産することが有効な方策の一つである。代表者らは、愛知県内で耕作放棄率の高い設楽地区の調査を行い、放棄された茶畑では、茶葉を摘み取られずに成長した茶樹が大量の種子を結実させていること、この茶種子が良質な油脂を含み、低刺激化粧品の原材料として最適であることを見いだした。本研究では、耕作放棄された茶畑のフィールド調査と、代表者らが確立してきた分子生物の解析技術を組み合わせ、下記の実験計画を推進することにより、省力で低コスト、低環境負荷を達成するための施肥管理技術を構築し、耕作放棄された茶畑を高品質な植物油である茶油生産の場として再利用することを目指す。
平成30年度は、施肥をしていない茶畑から経時的に（2018年9月、10月、11月、12月、2019年1月）サンプリングした種子からRNAを抽出し、RNA-seq用のライブリー作製を行った。また、現地調査を行い、2019年春以降の施肥を行う区画の設定と施肥の種類、回数など決定し、2019年3月より施肥を開始した。 -
ペルオキシソームタンパク質輸送における分子ネットワークの解明
研究課題/領域番号：26440157 2014年04月 - 2018年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
真野 昌二, 西村 幹夫, 金井 雅武, 及川 和聡, 神垣 あかね, 近藤 真紀, 後藤 志野, 曳野 和美, 永田 恭子, 山口 千波, 中川 強, 河内 孝之, 西浜 竜一, 大和 勝幸
配分額：5070000円 （ 直接経費：3900000円 、 間接経費：1170000円 ）
イメージング解析および免疫電子顕微鏡法によって、ゼニゴケにおけるPTS1 (Peroxisome targeting signal 1) およびPTS2輸送の存在を明らかにした。インフォマティクス解析により、ゼニゴケペルオキシソーム因子を同定し、シロイヌナズナではファミリーを形成している遺伝子群がゼニゴケでは少ないことが明らかとなった。
シロイヌナズナのapem (aberrant peroxisome morphology) 変異体の解析から、ペルオキシソームタンパク質輸送にユビキチン系を介したシグナリングが必要であり、この欠損により脂肪酸代謝や光呼吸が異常となることが明らかとなった。 -
種子からの花芽分化抑制シグナルの解明
研究課題/領域番号：25650102 2013年04月 - 2016年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 挑戦的萌芽研究
金井 雅武
配分額：4160000円 （ 直接経費：3200000円 、 間接経費：960000円 ）
花の数と種子生産量には正の相関があり、花の数を増大させることで作物の種子生産性の増大に貢献する。本研究は未解明である、種子形成の開始を茎頂分裂組織へ伝え、花原基分化を抑制する仕組みに着目した。変異体スクリーニングにより、側枝の花の数が増大している変異体を選抜し、その原因遺伝子を同定した。同定された３つの原因遺伝子は葉緑体分解に関わるものであり、これら遺伝子の欠損は野生株よりも葉の老化が遅れる表現型を示した。この結果から、花の数と個体の老化が密接に関係することを示す新規な知見を得た。
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種子特異的なストレス耐性機構の解明
研究課題/領域番号：23870034 2011年 - 2012年
日本学術振興会 科学研究費助成事業 研究活動スタート支援
金井 雅武
配分額：3250000円 （ 直接経費：2500000円 、 間接経費：750000円 ）
植物(親)は次世代を残すために種子(子)を作る。発達中の種子はストレスに弱く、親である植物体が種子を守りながら健全に発達させることが必要不可欠であるものの、その機構はほとんど明らかになっていない。本研究は種子特異的なストレス耐性機構に関わるDPS遺伝子を同定し、DPS遺伝子の1つであるDPS1は種子の乾燥耐性を担うことを明らかにした。この研究は、砂漠など乾燥地帯でも種子を生産できる作物の作出につながる。