環境により葉形が変化する植物ニューベキアを用いた葉の表現型可塑性メカニズムの解明

• Project/Area Number: 13J00161
• 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 Sangyo University
• Principal Investigator: 中山 北斗 京都産業大学, 総合生命科学部, 特別研究員(SPD)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥9,530,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥1,530,000); Fiscal Year 2015: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2014: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2013: ¥2,900,000 (Direct Cost: ¥2,900,000)
• Keywords: 葉 / 表現型可塑性 / 異形葉性 / 発生 / 形態 / R. aquatica / 多様性 / 植物 / Rorippa aquatica

Outline of Annual Research Achievements

平成27年度に行なった研究の具体的内容としては主に、前年度に行なったトランスクリプトームのデータ解析を行ない、Rorippa aquaticaの表現型可塑性に関わる遺伝子および遺伝子ネットワークの同定を行なった。これまでの研究によってclass I KNOX (KNOX1)遺伝子がR. aquaticaの表現型可塑性の発揮に重要であることが明らかになっているが、トランスクリプトーム解析によって、その中心的な制御にPIF遺伝子が関与することを示すデータが得られた。これまでにKNOX1遺伝子の発現が生育温度や光強度といった外部環境により変化することが明らかになっているが、それらの様々な外部環境因子をPIFが統合していると考えられ、本研究にとって大きな進展となった。また、R. aquaticaには表現型可塑性の程度が異なる二つの地域系統が存在することが知られ、それらの生理学的差異を明らかにするための解析も行ない、これまで知られていなかった光合成特性の差異、青色光への応答の差異などといった新規の生理学的な差異を明らかにしており、これに関して現在論文を執筆中である。
また、平成27年度における研究の成果については、R. aquaticaの葉の発生時の細胞学的解析結果をPLOS ONE誌に発表した。また、R. aquaticaは生育温度の変化により表現型可塑性を示すが、その際の温度の感受に葉が関わることを示した論文をPlant Signaling & Behavior誌に発表した。加えて、前年度に発表した論文にて使用した、S期を経過した細胞の可視化に関する技術をBio-protocol誌にて発表した。その他に、岩手大学で開催された第57回日本植物生理学会にて、研究成果の発表を行なった。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of California, Davis(米国)
• [Journal Article] Detection of the Cell Proliferation Zone in Leaves by Using EdU (2015)
  • Author(s): Nakayama H, Kawade K, Tsukaya H, and Kimura S.
  • Journal Title: Bio-protocol Volume: 5
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A Decrease in Ambient Temperature Induces Post-Mitotic Enlargement of Palisade Cell in North American Lake-Cress (2015)
  • Author(s): Amano R, Nakayama H, Morohashi Y, Kawakatsu Y, Ferjani A, and Kimura S.
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 10 Issue: 11 Pages: e0141247-e0141247
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0141247
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Leaves may function as temperature sensors in the heterophylly of Rorippa aquatica (Brassicaceae). (2015)
  • Author(s): Nakayama H, and Kimura S.
  • Journal Title: Plant signaling Behavior Volume: 10 Issue: 12 Pages: e1091909-e1091909
  • DOI: 10.1080/15592324.2015.1091909
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Regulation of the KNOX-GA Gene Module Induces Heterophyllic Alteration in North American Lake Cress (2014)
  • Author(s): Hokuto Nakayama, Naomi Nakayama, Sumer Seiki, Mikiko Kojima, Hitoshi Sakakibara, Neelima Sinha, and Seisuke Kimura,
  • Journal Title: The Plant Cell Volume: 26 Issue: 12 Pages: 4733-4748
  • DOI: 10.1105/tpc.114.130229
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A developmental model for branching morphogenesis of lake cress compound leaf. (2014)
  • Author(s): Akiko Nakamasu, Hokuto Nakayama, Naomi Nakayama, Nobuhiko J. Suematsu, Seisuke Kimura
  • Journal Title: PlosOne Volume: 9 Issue: 11 Pages: 111615-111615
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0111615
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Molecular Phylogeny Determined Using Chloroplast DNA Inferred a New Phylogenetic Relationship of Rorippa aquatica (Eaton) EJ Palmer & Steyermark (Brassicaceae)-Lake Cress. (2014)
  • Author(s): Nakayama H, Fukushima K, Fukuda T, Yokoyama J, and Kimura S.
  • Journal Title: American Journal of Plant Sciences Volume: 5 Issue: 01 Pages: 48-54
  • DOI: 10.4236/ajps.2014.51008
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 京野菜であるミズナとミブナに見られる葉形変異のQTL 解析 (2016)
  • Author(s): 川勝弥一、中山北斗、上ノ山華織、五十嵐香理、八杉公基、工藤洋、永野惇、矢野健太郎、久保中央、木村成介
  • Organizer: 日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 岩手大学（岩手県・盛岡市）
  • Year and Date: 2016-03-18
• [Presentation] Comparative transcriptome analysis of accessions in Rorippa aquatica, an emerging model of heterophylly (2016)
  • Author(s): 中山北斗、市橋泰範、坂本智昭、藤枝学、倉田哲也、Neelima Sinha、木村成介
  • Organizer: 日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 岩手大学（岩手県・盛岡市）
  • Year and Date: 2016-03-18
• [Presentation] アブラナ科植物Rorippa aquaticaにみられる葉断面からの栄養繁殖機構の解析 (2015)
  • Author(s): 天野瑠美、中山北斗、桃井理沙、郡司玄、FerjaniAli、木村成介
  • Organizer: 日本分子生物学会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（兵庫県・神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] 京野菜であるミズナとミブナに見られる葉形変異のQTL解析 (2015)
  • Author(s): 川勝弥一、上ノ山華織、五十嵐香理、中山北斗、八杉公基、工藤洋、永野惇、矢野健太郎、久保中央、木村成介
  • Organizer: 日本植物学会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ（新潟県・新潟市）
  • Year and Date: 2015-09-06
• [Presentation] アブラナ科植物Rorippa aquaticaにみられる葉断面からの栄養繁殖の発生学的解析 (2015)
  • Author(s): 天野瑠美、中山北斗、桃井理沙、郡司玄、Ali Ferjani、木村成介
  • Organizer: 日本植物学会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ（新潟県・新潟市）
  • Year and Date: 2015-09-06
• [Presentation] Rorippa aquaticaの葉形制御機構のRNA-seqによる網羅的解析 (2015)
  • Author(s): 坂本智昭、中山北斗、市橋泰範、藤枝学、倉田哲也、木村成介
  • Organizer: 日本植物学会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ（新潟県・新潟市）
  • Year and Date: 2015-09-06
• [Presentation] Rorippa aquaticaの栄養繁殖機構の発生学的および分子生物学的解析 (2015)
  • Author(s): 天野瑠美、中山北斗、郡司玄、FerjaniAli、木村成介
  • Organizer: 植物生理学会
  • Place of Presentation: 東京農大（ 東京・世田谷）
  • Year and Date: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [Presentation] 変動する環境（温度など）と発生（主に葉）への衝撃 -アブラナ科植物Rorippa aquaticaの場合- (2014)
  • Author(s): 中山北斗
  • Organizer: 第7回Evo-devo青年の会
  • Place of Presentation: 国立遺伝学研究所（ 静岡・三島）
  • Year and Date: 2014-10-11 – 2014-10-12
  • Invited
• [Presentation] RNA-seqによるトランスクリプトーム解析を用いたRorippa aquaticaにおける異形葉性の分子基盤の解明 (2014)
  • Author(s): 中山北斗、市橋泰範、坂本智昭、倉田哲也、木村成介
  • Organizer: 日本植物学会
  • Place of Presentation: 明治大学（ 神奈川・生田）
  • Year and Date: 2014-09-12 – 2014-09-14
• [Presentation] 葉断面から再生するRorippa aquaticaの栄養繁殖機構の解析 (2014)
  • Author(s): 天野留美、中山北斗、Ali Ferjani、木村成介
  • Organizer: 日本植物学会
  • Place of Presentation: 明治大学（ 神奈川・生田）
  • Year and Date: 2014-09-12 – 2014-09-14
• [Presentation] 環境に応じて葉形を変化させる植物Rorippa aquaticaを用いた葉形制御機構の解明 (2014)
  • Author(s): 中山北斗、中山尚美、小嶋美紀子、榊原均、Sinha Neelima、木村成介
  • Organizer: 日本植物形態学会
  • Place of Presentation: 明治学会（ 神奈川・生田）
  • Year and Date: 2014-09-11
• [Presentation] 環境に応答して葉形を変化させる植物Rorippa aquaticaを用いたRNA-seqによるトランスクリプトーム解析 (2014)
  • Author(s): 中山北斗、坂本智昭、市橋泰範、倉田哲也、木村成介
  • Organizer: 日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 2014-03-20
• [Presentation] Theoretical Approach to Elucidate the Mechanisms Underlying the Hetelonhvllv of Lake Cress (2014)
  • Author(s): 中益朗子、中山北斗、末松 J. 信彦、木村成介
  • Organizer: RIKEN CDBシンポジウム
  • Place of Presentation: RIKEN CDB
  • Year and Date: 2014-03-11
• [Presentation] 生育環境により葉の形態を変化させる植物ニューベキア(Rorippa aquatica)を用いた表現型可塑性の研究 (2013)
  • Author(s): 中山北斗、中益朗子、天野瑠美、木村成介
  • Organizer: 生態進化発生コロキウム
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2013-12-27
• [Presentation] Developmental and molecular mechanisms of the heterophylly of lake cress (2013)
  • Author(s): Hokuto Nakayama
  • Organizer: The 31st Plaut Biotechnology Symposium
  • Place of Presentation: 京都産業大学
  • Year and Date: 2013-12-13
  • Invited
• [Presentation] 葉の形態に表現型可塑性を示すニューベキア(Neobeckia aquatica)が多様な葉形を生み出すメカニズムについての理論的な取り組み (2013)
  • Author(s): 中益朗子、中山北斗、末松 J. 信彦、木村成介
  • Organizer: 日本分子生物学会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場
  • Year and Date: 2013-12-05
• [Presentation] 環境に応じて葉の形態を変化させる植物Neobekia aquatica (ニューベキア)を用いて異形葉性の制御機構に迫る (2013)
  • Author(s): 中山北斗
  • Organizer: Plant Forum Seminar
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2013-11-14
  • Invited
• [Presentation] 異形葉性を示す植物ニューベキア(Neobeckia aquatica)を用いた葉形変化制御機構の解析 (2013)
  • Author(s): 中山北斗、小嶋美紀子、榊原均、木村成介
  • Organizer: 日本植物学会
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2013-09-14
• [Presentation] 環境に応じて葉の形態を変える植物ニューベキアを用いたトランスクリプトーム解析 (2013)
  • Author(s): 中山北斗、坂本智昭、倉田哲也、木村浦介
  • Organizer: NGS現場の会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場
  • Year and Date: 2013-09-04
• [Remarks] 木村成介准教授と中山北斗研究員らの国際共同研究グループが異形葉性のメカニズムを解明
  • URL: http://www.kyoto-su.ac.jp/department/nls/news/20141217_news.html