植物の側根形成開始における細胞極性および非対称分裂の制御機構の解析

• Project/Area Number: 12J02079
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: 植物分子生物・生理学
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 郷 達明 神戸大学, 大学院理学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥3,630,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2014: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2013: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2012: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 側根形成 / オーキシン / 非対称分裂 / イメージング / 細胞分化 / LBD/ASL

Outline of Annual Research Achievements

側根はすでに存在している根から分岐するように形成され，植物体の支持，水分や栄養分の効率的な吸収を行うための根系を構築する．シロイヌナズナの側根は，特定の内鞘細胞が非対称分裂することで形成を開始する．その後，規則的な細胞分裂によってドーム状の側根原基が作られ，分裂組織を構築して，元の根の外へと成長する．本研究課題では，側根形成の開始を制御する分子機構，および側根原基の形成機構を理解するために，以下の解析を行った．
側根形成開始を制御する転写因子LBD16の下流因子として，機能未知なタンパク質をコードするTOLS1と側根原基形状を制御するAP2/EREBPタイプの転写因子PUCHIの解析を行った．いずれもLBD16によって発現制御され，側根形成開始時に発現上昇した．TOLS1は細胞膜と細胞質・核に局在して側根形成を促進した．一方，PUCHIは側根形成を抑制したことから，LBD16は側根形成を促進するだけでなく，PUCHIを介して側根形成の頻度を制御することが示唆された．
また，側根原基の発生過程を理解するために，共焦点レーザー顕微鏡をもちいたタイムラプスイメージングによって，側根原基発生における細胞分裂および細胞分化パターンの解析を行った．変異体をもちいた解析から，側根原基の特定の細胞層における並層分裂が転写因子SCARECROW(SCR)によって制御されることが示唆された．また，側根原基形成過程における細胞分裂の方向を3次元的に解析した．

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Plant vacuolar trafficking occurs through distinctly regulated pathways. (2014)
  • Author(s): Ebine K, Inoue T, Ito J, Ito E, Uemura T, Goh T, Abe H, Sato K, Nakano A, Ueda T.
  • Journal Title: Curr Biol. Volume: 24 Issue: 12 Pages: 1375-1382
  • DOI: 10.1016/j.cub.2014.05.004
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A role for LATERAL ORGAN BOUNDARIES-DOMAIN 16 during the interaction Arabidopsis-Meloidogyne spp. provides a molecular link between lateral root and root-knot nematode feeding site development. (2014)
  • Author(s): Cabrera J, Diaz-Manzano FE, Sanchez M, Rosso MN, Melillo T, Goh T, Fukaki H, Cabello S, Hofmann J, Fenoll C, Escobar C.
  • Journal Title: New Phytol. Volume: 203 Issue: 2 Pages: 632-645
  • DOI: 10.1111/nph.12826
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Systems biology approaches to understand the role of auxin in root growth and development (2014)
  • Author(s): 郷 達明
  • Journal Title: Physiol. Plant Volume: 151 Issue: 1 Pages: 73-82
  • DOI: 10.1111/ppl.12162
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Lateral root development in Arabidopsis : fifty shades of auxin. (2013)
  • Author(s): Lavenus J.
  • Journal Title: Trends Plant Sci Volume: 18 Pages: 450-458
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] SnapShot : Root development (2013)
  • Author(s): Wilson M.
  • Journal Title: Cell Volume: 155 Pages: 1190-1190
• [Presentation] タイムラプスイメージングによるシロイヌナズナの側根発生の解析 (2015)
  • Author(s): 郷達明, Soazig Guyomarc’h, Laurent Laplaze, 深城英弘，Malcolm J. Bennett
  • Organizer: 第56回 日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 東京農業大学（東京都世田谷区）
  • Year and Date: 2015-03-17
• [Presentation] Lateral Root Development is Constrained by Cell Wall of Surrounding Mature Cells in Arabidopsis (2014)
  • Author(s): Tatsuaki Goh, Koichi Toyokura, Tetsuro Mimura, Malcolm J. Bennett, Hidehiro Fukaki
  • Organizer: The 62nd NIBB Conference “Force In Development”
  • Place of Presentation: 岡崎コンファレンスセンター（愛知県岡崎市）
  • Year and Date: 2014-11-17
• [Presentation] Establishment of new organizing center in the Arabidopsis lateral root primordia (2014)
  • Author(s): Tatsuaki Goh, Soazig Guyomarc’h, Hidehiro Fukaki, Laurent Laplaze, Malcolm J. Bennett
  • Organizer: 第66回 日本細胞生物学会大会
  • Place of Presentation: 奈良県新公会堂・東大寺総合文化センター（奈良県奈良市）
  • Year and Date: 2014-06-12
• [Presentation] Imaging analysis of Arabidopsis lateral root organogenesis (2014)
  • Author(s): 郷 達明
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 2014-03-18
• [Presentation] Visualization of lateral root development (2014)
  • Author(s): 郷 達明
  • Organizer: European Lateral Root Workshop
  • Place of Presentation: ベルギー ゲント大学
  • Year and Date: 2014-01-17
• [Presentation] Life Under the Pressure : Arabidopsis lateral root organogenesis (2013)
  • Author(s): 郷 達明
  • Organizer: The Genetics Society 2013 Autumn Meeting
  • Place of Presentation: 英国 ロンドン Royal Society
  • Year and Date: 2013-11-07
• [Presentation] Life Under the Pressure : Arabidopsis lateral root organogenesis (2013)
  • Author(s): 郷 達明
  • Organizer: The Genetics Society 2013 Autumn Meeting
  • Place of Presentation: 英国 ロンドンRoyal Society
  • Year and Date: 2013-11-07