伊藤 竜一 (イトウ リュウイチ)

Itoh Ryuichi

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職名

准教授

科研費研究者番号

50322681

現在の所属組織 【 表示 / 非表示

  • 専任   琉球大学   理学部   海洋自然科学科   准教授  

取得学位 【 表示 / 非表示

  • 東京大学 -  博士  理学

職歴 【 表示 / 非表示

  • 2005年04月
    -
    継続中

      琉球大学 理学部 海洋自然科学科 熱帯生命機能学講座 准教授  

研究キーワード 【 表示 / 非表示

  • Plant Cell Biology

  • 植物の細胞生物学

  • 植物の細胞生物学

研究分野 【 表示 / 非表示

  • ライフサイエンス / 植物分子、生理科学

  • ライフサイエンス / 植物分子、生理科学

主たる研究テーマ 【 表示 / 非表示

  • プラスチドの増殖と形態形成

論文 【 表示 / 非表示

  • TGD5 is required for normal morphogenesis of non-mesophyll plastids, but not mesophyll chloroplasts, in Arabidopsis

    Itoh R.D.

    Plant Journal ( Plant Journal )  107 ( 1 ) 237 - 255   2021年07月 [ 査読有り ]

    掲載種別: 研究論文(学術雑誌)

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    Stromules are dynamic membrane-bound tubular structures that emanate from plastids. Stromule formation is triggered in response to various stresses and during plant development, suggesting that stromules may have physiological and developmental roles in these processes. Despite the possible biological importance of stromules and their prevalence in green plants, their exact roles and formation mechanisms remain unclear. To explore these issues, we obtained Arabidopsis thaliana mutants with excess stromule formation in the leaf epidermis by microscopy-based screening. Here, we characterized one of these mutants, stromule biogenesis altered 1 (suba1). suba1 forms plastids with severely altered morphology in a variety of non-mesophyll tissues, such as leaf epidermis, hypocotyl epidermis, floral tissues, and pollen grains, but apparently normal leaf mesophyll chloroplasts. The suba1 mutation causes impaired chloroplast pigmentation and altered chloroplast ultrastructure in stomatal guard cells, as well as the aberrant accumulation of lipid droplets and their autophagic engulfment by the vacuole. The causal defective gene in suba1 is TRIGALACTOSYLDIACYLGLYCEROL5 (TGD5), which encodes a protein putatively involved in the endoplasmic reticulum (ER)-to-plastid lipid trafficking required for the ER pathway of thylakoid lipid assembly. These findings suggest that a non-mesophyll-specific mechanism maintains plastid morphology. The distinct mechanisms maintaining plastid morphology in mesophyll versus non-mesophyll plastids might be attributable, at least in part, to the differential contributions of the plastidial and ER pathways of lipid metabolism between mesophyll and non-mesophyll plastids.

  • Arabidopsis egy1 is critical for chloroplast development in leaf epidermal guard cells

    Sanjaya A.

    Plants ( Plants )  10 ( 6 )   2021年06月 [ 査読有り ]

    掲載種別: 研究論文(学術雑誌)

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    In Arabidopsis thaliana, the Ethylene-dependent Gravitropism-deficient and Yellow-green 1 (EGY1) gene encodes a thylakoid membrane-localized protease involved in chloroplast development in leaf mesophyll cells. Recently, EGY1 was also found to be crucial for the maintenance of grana in mesophyll chloroplasts. To further explore the function of EGY1 in leaf tissues, we examined the phenotype of chloroplasts in the leaf epidermal guard cells and pavement cells of two 40Ar17+ irradiation-derived mutants, Ar50-33-pg1 and egy1-4. Fluorescence microscopy revealed that fully expanded leaves of both egy1 mutants showed severe chlorophyll deficiency in both epidermal cell types. Guard cells in the egy1 mutant exhibited permanent defects in chloroplast formation during leaf expansion. Labeling of plastids with CaMV35S or Protodermal Factor1 (PDF1) promoter-driven stroma-targeted fluorescent proteins revealed that egy1 guard cells contained the normal number of plastids, but with moderately reduced size, compared with wild-type guard cells. Transmission electron microscopy further revealed that the development of thylakoids was impaired in the plastids of egy1 mutant guard mother cells, guard cells, and pavement cells. Collectively, these observations demonstrate that EGY1 is involved in chloroplast formation in the leaf epidermis and is particularly critical for chloroplast differentiation in guard cells.

  • Arabidopsis thaliana Leaf Epidermal Guard Cells: A Model for Studying Chloroplast Proliferation and Partitioning in Plants

    Fujiwara M.

    Frontiers in Plant Science ( Frontiers in Plant Science )  10   1403 - 1403   2019年10月 [ 査読有り ]

    掲載種別: 研究論文(学術雑誌)

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    The existence of numerous chloroplasts in photosynthetic cells is a general feature of plants. Chloroplast biogenesis and inheritance involve two distinct mechanisms: proliferation of chloroplasts by binary fission and partitioning of chloroplasts into daughter cells during cell division. The mechanism of chloroplast number coordination in a given cell type is a fundamental question. Stomatal guard cells (GCs) in the plant shoot epidermis generally contain several to tens of chloroplasts per cell. Thus far, chloroplast number at the stomatal (GC pair) level has generally been used as a convenient marker for identifying hybrid species or estimating the ploidy level of a given plant tissue. Here, we report that Arabidopsis thaliana leaf GCs represent a useful system for investigating the unexploited aspects of chloroplast number control in plant cells. In contrast to a general notion based on analyses of leaf mesophyll chloroplasts, a small difference was detected in the GC chloroplast number among three Arabidopsis ecotypes (Columbia, Landsberg erecta, and Wassilewskija). Fluorescence microscopy often detected dividing GC chloroplasts with the FtsZ1 ring not only at the early stage of leaf expansion but also at the late stage. Compensatory chloroplast expansion, a phenomenon well documented in leaf mesophyll cells of chloroplast division mutants and transgenic plants, could take place between paired GCs in wild-type leaves. Furthermore, modest chloroplast number per GC as well as symmetric division of guard mother cells for GC formation suggests that Arabidopsis GCs would facilitate the analysis of chloroplast partitioning, based on chloroplast counting at the individual cell level.

  • Arabidopsis PARC6 is critical for plastid morphogenesis in pavement, trichome, and guard cells in leaf epidermis

    Ishikawa H, Yasuzawa M, Koike N, Sanjaya A, Moriyama S, Nishizawa A, Matsuoka K, Sasaki S, Kazama Y, Hayashi Y, Abe T, Fujiwara MT, Itoh RD

    Frontiers in Plant Science ( Frontiers Media SA )  10   1665 - 1665   2019年 [ 査読有り ]

    掲載種別: 研究論文(学術雑誌)

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    Recently, a recessive Arabidopsis thaliana mutant with abundant stromules in leaf epidermal pavement cells was visually screened and isolated. The gene responsible for this mutant phenotype was identified as PARC6, a chloroplast division site regulator gene. The mutant allele parc6-5 carried two point mutations (G62R and W700stop) at the N- and C-terminal ends of the coding sequence, respectively. Here, we further characterized parc6-5 and other parc6 mutant alleles, and showed that PARC6 plays a critical role in plastid morphogenesis in all cell types of the leaf epidermis: pavement cells, trichome cells, and guard cells. Transient expression of PARC6 transit peptide (TP) fused to the green fluorescent protein (GFP) in plant cells showed that the G62R mutation has no or little effect on the TP activity of the PARC6 N-terminal region. Then, plastid morphology was microscopically analyzed in the leaf epidermis of wild-type (WT) and parc6 mutants (parc6-1, parc6-3, parc6-4 and parc6-5) with the aid of stroma-targeted fluorescent proteins. In parc6 pavement cells, plastids often assumed aberrant grape-like morphology, similar to those in severe plastid division mutants, atminE1, and arc6. In parc6 trichome cells, plastids exhibited extreme grape-like aggregations, without the production of giant plastids (>6 µm diameter), as a general phenotype. In parc6 guard cells, plastids exhibited a variety of abnormal phenotypes, including reduced number, enlarged size, and activated stromules, similar to those in atminE1 and arc6 guard cells. Nevertheless, unlike atminE1 and arc6, parc6 exhibited a low number of mini-chloroplasts (< 2 µm diameter) and rarely produced chloroplast-deficient guard cells. Importantly, unlike parc6, the chloroplast division site mutant arc11 exhibited WT-like plastid phenotypes in trichome and guard cells. Finally, observation of parc6 complementation lines expressing a functional PARC6-GFP protein indicated that PARC6-GFP formed a ring-like structure in both constricting and non-constricting chloroplasts, and that PARC6 dynamically changes its configuration during the process of chloroplast division.

  • Isolation and analysis of a stromule-overproducing Arabidopsis mutant suggest the role of PARC6 in plastid morphology maintenance in the leaf epidermis

    Itoh R.

    Physiologia Plantarum ( Physiologia Plantarum )  162 ( 4 ) 479 - 494   2018年04月 [ 査読有り ]

    掲載種別: 研究論文(学術雑誌)

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    Stromules, or stroma-filled tubules, are thin extensions of the plastid envelope membrane that are most frequently observed in undifferentiated or non-mesophyll cells. The formation of stromules is developmentally regulated and responsive to biotic and abiotic stress; however, the physiological roles and molecular mechanisms of the stromule formation remain enigmatic. Accordingly, we attempted to obtain Arabidopsis thaliana mutants with aberrant stromule biogenesis in the leaf epidermis. Here, we characterize one of the obtained mutants. Plastids in the leaf epidermis of this mutant were giant and pleomorphic, typically having one or more constrictions that indicated arrested plastid division, and usually possessed one or more extremely long stromules, which indicated the deregulation of stromule formation. Genetic mapping, whole-genome resequencing-aided exome analysis, and gene complementation identified PARC6/CDP1/ARC6H, which encodes a vascular plant-specific, chloroplast division site-positioning factor, as the causal gene for the stromule phenotype. Yeast two-hybrid assay and double mutant analysis also identified a possible interaction between PARC6 and MinD1, another known chloroplast division site-positioning factor, during the morphogenesis of leaf epidermal plastids. To the best of our knowledge, PARC6 is the only known A. thaliana chloroplast division factor whose mutations more extensively affect the morphology of plastids in non-mesophyll tissue than in mesophyll tissue. Therefore, the present study demonstrates that PARC6 plays a pivotal role in the morphology maintenance and stromule regulation of non-mesophyll plastids.

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MISC(その他業績・査読無し論文等) 【 表示 / 非表示

  • Conservative and innovative systems of chloroplast division

    Itoh.R

    Rec Res Dev Plant Mol Biol ( その他の出版社 )  ( 1 ) 113 - 125   2003年03月

     

科研費獲得情報 【 表示 / 非表示

  • シロイヌナズナの花粉および気孔発生時の色素体増殖・分配ダイナミクス

    基盤研究(C)

    課題番号: 19K05831

    研究期間: 2019年04月  -  2023年03月 

    代表者: 藤原 誠, 伊藤 竜一 

    直接経費: 3,300,000(円)  間接経費: 4,290,000(円)  金額合計: 990,000(円)

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    本研究では、シロイヌナズナの花粉栄養細胞と気孔孔辺細胞の発生時に着目して、色素体の数と細胞内局在を顕微鏡観察により調査し、色素体が細胞分裂時にどのような増殖・分配制御を受けるかを理解することを目的とする。 本年度は、昨年度実施出来なかった花粉母細胞中の原色素体の観察を行った。近年の研究により、非光合成色素体の増殖には葉緑体分裂位置制御因子PARC6が関与するという示唆が得られている。そこでparc6変異体の花粉母細胞中の原色素体をストロマ局在性GFPで標識した系統を用い、減数分裂開始前の状況を調べた。その結果、parc6の原色素体は細胞核の隣接部位にブドウ様の凝集構造を形成することを見出した。これまで葉緑体分裂阻害変異体の葉の敷石細胞とトライコーム細胞で、葉緑体と白色体がそれぞれブドウ様構造を作ることが知られており、今回原色素体でも同様の現象が起こることが示された。 一方、昨年度に続いて孔辺細胞の葉緑体数とその分布状況を調査した。シロイヌナズナのエコタイプ、培養条件、葉位、葉面部位、気孔密度異常、葉緑体分裂異常、ストロマ局在性蛍光タンパク質発現の有無の計7項目の影響に関して約2,000細胞を調査した。これまでの結果と総合比較を行った結果、孔辺細胞の葉緑体数は植物の培養条件、気孔密度、ストロマの蛍光タンパク質蓄積に影響されない安定した分布を示すこと、葉柄向軸面では葉身背軸面と比べ一孔辺細胞あたりの葉緑体数が平均約1個多くなること、またLerでもColやWsと比較して一孔辺細胞あたりの葉緑体数が約1個分多くなる傾向が示された。 さらに、重イオン照射で得られた葉緑体形成異常変異体を用いて孔辺細胞内の色素体を調べたところ、その数と分布は野生型のものとほぼ同等であった。これより孔辺細胞内の葉緑体の分化と増殖・分配は独立の制御下にあることが示唆された。

  • 非緑色プラスチド独自の形態維持機構:ストロミュール過剰形成変異体を用いた解析

    基盤研究(C)

    課題番号: 18K06314

    研究期間: 2018年04月  -  2022年03月 

    代表者: 伊藤 竜一 

    直接経費: 3,400,000(円)  間接経費: 4,420,000(円)  金額合計: 1,020,000(円)

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    高等植物におけるプラスチド(色素体)においては,「ストロミュール (stroma-filled tubule)」と呼ばれる細管状構造が、特に非光合成(非緑色)組織において高い頻度で形成される。申請者は,葉表皮のペーブメント細胞においてストロミュールの形成と伸長が過剰に起こっているシロイヌナズナの突然変異体(stromule biogenesis altered [suba] 変異体と命名)を2種取得した (Itoh et al. 2018)。本研究は,suba変異体の研究を通して,非光合成細胞のプラスチドがどのようにしてその形態を維持しているかを解明することを目的としている。2020年度は,suba1変異体の各組織におけるプラスチド形態についての更なる解析を実施した。(1) suba1変異体のシュート(地上部)表皮組織で見られるプラスチドの形態異常、特に、ストロミュールの過剰形成が、発生のどの段階で生じるのかを探るため、表皮組織の原基となる細胞で強く活性化されるプロモーターとプラスチド移行型(トランジットペプチド融合)GFP遺伝子とを接続した発現コンストラクトをsuba1変異体に導入し、表皮発生初期段階におけるプラスチドの形態解析を開始した。(2) (1)で述べたコンストラクトを、シロイヌナズナの既知の複数の葉緑体分裂変異体にも併せて導入し、系統的な比較解析を試みた。suba1変異体についてはまだ十分なデータが得られていないが、一部の葉緑体分裂変異体においては、発生初期段階から明瞭なプラスチド形態異常が観察された。

  • プラスチドの分化に伴うストロミュールの形成制御機構

    基盤研究(C)

    課題番号: 26440152

    研究期間: 2014年04月  -  2017年03月 

    代表者: 伊藤 竜一 

    直接経費: 3,900,000(円)  間接経費: 1,170,000(円)  金額合計: 5,070,000(円)

  • プラスチドの分化に伴うストロミュールの形成制御機構

    基盤研究(C)

    課題番号: 26440152

    研究期間: 2014年04月  -  2017年03月 

    代表者: 伊藤 竜一, 藤原 誠 

    直接経費: 3,900,000(円)  間接経費: 5,070,000(円)  金額合計: 1,170,000(円)

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    非緑色プラスチドにおいては、ストロミュールの高度な発達が観察される。本研究代表者は、葉表皮においてストロミュールが過剰に形成するシロイヌナズナ変異体subaを2種取得した。これらの変異体を材料として実施した本研究では、(i) SUBA1が植物全体において広汎にストロミュール制御に関与していること、(ii) SUBA2とMinD/Eとの新規相互作用の可能性、(iii) suba変異は花粉および花粉管のプラスチド形態・運動にも影響を及ぼすこと、等の知見が得られた。

  • FtsZ非依存的色素体増殖機構の研究

    基盤研究(C)

    課題番号: 25450136

    研究期間: 2013年04月  -  2017年03月 

    代表者: 藤原 誠, 箸本 春樹, 伊藤 竜一 

    直接経費: 4,100,000(円)  間接経費: 5,330,000(円)  金額合計: 1,230,000(円)

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    色素体はストロマのFtsZリング形成を初期イベントとする二分裂によって増殖する。シロイヌナズナのftsZ変異体は、実験室内で野生型と大差ない成長と生殖を示し、しかもどの体細胞にも基本的に色素体が存在することが知られている。本研究では、ストロマ局在性蛍光タンパク質及びシロイヌナズナ珠皮を用いて、FtsZ非依存的色素体増殖に関する解析を行った。その結果、ftsZ変異体のアミロプラストは珠皮の発達過程を通じて細胞内で増殖不能であることが示された。一方、ftsZ原色素体は珠皮の細胞増殖期において両娘細胞に分配可能な細胞内形態・配置を採ることが示唆された。

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