孔辺細胞の起源から探る細胞系譜の進化機構

• Project/Area Number: 12J05453
• 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: Kyoto University
• Principal Investigator: 白川 一 京都大学, 生命科学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2014: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2013: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000); Fiscal Year 2012: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
• Keywords: シロイヌナズナ / ゼニゴケ / ミロシン細胞 / FAMA / SYP22 / CRISPR/Cas9 / ARF1 / 異形細胞 / MDFI / MDF1

Outline of Annual Research Achievements

シロイヌナズナのミロシン細胞分化を制御する因子FAMAに着目して研究を行った。FAMAの下流因子を探索するために比較DNAアレイ解析を行った。はじめに、ミロシン細胞分化亢進変異体syp22と野生型植物体の遺伝子発現パターンを比較し、９３１遺伝子がsyp22変異体で上昇していることを明らかにした。これらの遺伝子と、すでに報告されているエストロジェン誘導型FAMA過剰発現株を用いたFAMA誘導後４時間で発現が上昇している遺伝子を比較した。３２遺伝子が共通して発現上昇していた。これらの因子は、ミロシン細胞系列で働く新規因子と考えられた。次に、SYP22とFAMAの関係性を解析した。FAMApro:GUSをsyp22変異体に導入したところ、葉の内部でのGUS発現領域が拡大していた。リアルタイムPCRでFAMAの発現量をsyp22変異体と野生型株で比較したところ、syp22変異体で３-７倍にその発現量が上昇していた。これらの結果から、「syp22変異体では葉の内部でより多くの幹細胞がFAMAを発現し、結果的にミロシン細胞数が増加する」という仮説が浮上した。
ゼニゴケにおけるCRISPR/Cas9実験系の改良を行った。Cas9を、シロイヌナズナでの発現にコドンが最適化されているCas9（AtcoCas9）に変更した。ARF1遺伝子の破壊をモデルとして、AtcoCas9を用いたCRISPR/Cas9によるゲノム編集効率を計測したところ、既知の系に比べて100-1000倍程度の効率の上昇がみられた。次に、ポジティブセレクションを行わない系で、ARF1遺伝子のゲノム編集効率を測定したところ、T1植物１６個体中１２個体で欠失・挿入・置換といった変異が導入されていることがわかった。以上の結果から、AtcoCas9を用いることで、ゼニゴケにおけるゲノム編集効率が大幅に上昇することがわかった。

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] Myrosin Cell Development Is Regulated by Endocytosis Machinery and PIN1 Polarity in Leaf Primordia of Arabidopsis thaliana (2014)
  • Author(s): Makoto Shirakawa, Haruko Ueda, Tomoo Shimada, Takayuki Kohchi, and Ikuko Hara-Nishimura
  • Journal Title: The Plant Cell Volume: 26 Issue: 11 Pages: 4448-4461
  • DOI: 10.1105/tpc.114.131441
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] FAMA Is an Essential Component for the Differentiation of Two Distinct Cell Types, Myrosin Cells and Guard Cells, in Arabidopsis (2014)
  • Author(s): Makoto Shirakawa, Haruko Ueda, Atsushi J. Nagano, Tomoo Shimada, Takayuki Kohchi, and Ikuko Hara-Nishimura
  • Journal Title: The Plant Cell Volume: 26 Issue: 10 Pages: 4039-4052
  • DOI: 10.1105/tpc.114.129874
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] CRISPR/Cas9 Mediated Targeted Mutagenesis in the Liverwort Marchantia polymorpha L. (2014)
  • Author(s): Shigeo S. Sugano, Makoto Shirakawa, Junpei Takagi, Yoriko Matsuda, Tomoo Shimada, Ikuko Hara-Nishimura, Takayuki Kohchi
  • Journal Title: Plant Cell Physiology Volume: 55(3) Issue: 3 Pages: 475-81
  • DOI: 10.1093/pcp/pcu014
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] COSTIMBOUS VASCPLAR RISG (COVI) is a trans-Golgi Network-Looulizde Membruoe Protein Pequirde for Golgi Morphology and Varuolur Protein Sorling (2014)
  • Author(s): Makoto Shirakawa, Haruko Heda. Yasuko Koumoto. Kentaro Fuji. Chiaki Nishiyama. Takayuki Kahchi, Ikuko Hara-Nishimura and Tomoo Shimado
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 55 Issue: 4 Pages: 764-772
  • DOI: 10.1093/pcp/pct195
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Identifiention and Dynmics of Arabidopsis Aduptor Proloin-2 Complex and Its luvolvemont in Floral Orgm Development (2013)
  • Author(s): Shohei Yamaoka, Yuki Shimono, Makoto Shirakawa. Yoichiro Fukuo, Takashi Kawase, Noriyuki Htsugai, Kentaro Tumura, Tomoo Shimada, and Ikuko Hara-Nishimura
  • Journal Title: The Plant Cell Volume: 25 Issue: 8 Pages: 2958-2969
  • DOI: 10.1105/tpc.113.114082
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] MAG2 and three MAG2-INTERACTING PROTEINs form an ER localized complex to facilitate storage protein transport in Arabidopsis thaliana. (2013)
  • Author(s): Lixin Li, Tomoo Shimada, Hideyuki Takahashi, Yasuko Koumoto, Makoto Shirakawa, Junpei TakaQi, Xiaonan Zhao, Baoyu Tu, Hongmin Jin, Zhe Shen, Baoda Han, Meihui Jia, Maki Kondo, Mikio Nishimura, Ikuko Hara-Nishimura
  • Journal Title: The Plant Journal Volume: 76(5) Issue: 5 Pages: 781-91
  • DOI: 10.1111/tpj.12347
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The AP-1μ adaptin is required for KNOLLE localization at the cell plate to mediate cytokinesis in Aiabidopsis. (2013)
  • Author(s): Teh OK, Shimono Y, Shirakawa M, Fukao Y, Tamura K, Shimada T, Hara-Nishimura I.
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology. Volume: (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Fate Determination and Differentiation of Myrosin Cells: Guardians for Vascular Tissue (2015)
  • Author(s): 白川 一,上田 晴子,永野 惇,嶋田 知生,河内 孝之,西村 いくこ
  • Organizer: 第56回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2015-03-17
• [Presentation] Endocytosis-Dupendent Establishment Or PINI polarity Is Requirde For Myrosin Cell Developeni In Leaf Primordio Of Arnbidopsis (2014)
  • Author(s): 白川一
  • Organizer: Third International Conference on Plant Vascular Biology
  • Place of Presentation: Rnntupuisto Confcrence Canter, Helsinki, Finland
  • Year and Date: 2014-07-26
• [Presentation] 苔類ゼニゴケにおける転写因子レパートリー (2014)
  • Author(s): 白川一、井上佳祐、石崎公庸、西浜竜一、河内孝之
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 富山、富山大学、五福キャンパス
  • Year and Date: 2014-03-19
• [Presentation] トランスゴルジネツトワークに局在する新規輸送因子の機能解析 (2013)
  • Author(s): 白川一、上田晴子、嶋田知生、河本恭子、西村いくこ
  • Organizer: 第54回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 岡山
  • Year and Date: 2013-03-01
• [Presentation] Transcriptional factors in Marchantia polymorpha (2012)
  • Author(s): 白川一、河内孝之
  • Organizer: Marchantia Workshop2012
  • Place of Presentation: 熊本
  • Year and Date: 2012-11-01