寄生植物コシオガマにおける吸器発生メカニズムの解明

• Project/Area Number: 14J08907
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Plant molecular biology/Plant physiology
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 若竹 崇雅 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000); Fiscal Year 2016: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2015: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2014: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: 寄生植物 / 器官発生 / 細胞分化 / オーキシン / 再分化 / トランスクリプトーム / コシオガマ / マーカー遺伝子 / ゲノム編集

Outline of Annual Research Achievements

寄生植物の寄生に必須である吸器という器官の発生と機能を理解するには、吸器がどのような細胞群から構成されているのかを理解する必要がある。しかし、分子生物学的な知見はこれまでのところ報告されていない。当該年度では、吸器発生過程において細胞系譜を追跡できるコンストラクトを作成した。このシステムを用いて皮層細胞の系譜を吸器発生過程で追跡した結果、吸器中心付近の皮層細胞は最終的に維管束幹細胞様の細胞へと分化している様子が観察された。他の解析も併せると、吸器の中心に発達する維管束幹細胞様の細胞は、皮層や内皮などから分化してきたものであることが示された。以上の解析より明らかになった細胞分化のダイナミクスとパターニングを理解するために、植物器官発生に重要な役割を果たすオーキシンについての研究を進めた。オーキシン応答性プロモーターであるDR5の発現パターンを、吸器発生過程で解析したところ、初期では吸器発生部位の表皮、吸器の頂端部、そして発生後期では道管細胞が分化する箇所でオーキシン応答が起こっていることが分かった。トランスクリプトーム解析から吸器発生初期では、オーキシンの主要生合成経路で働く酵素であるYUCCAの発現が表皮特異的に上昇することが明らかとなった。この遺伝子について解析を進め、表皮局所的なオーキシン生合成が吸器発生初期で重要な役割を担っていることが明らかとなった。さらに、オーキシン輸送体について解析を進め、吸器内部の道管細胞分化のパターンは、オーキシン輸送ネットワークによるダイナミックなオーキシン濃度勾配の形成により制御されていることが示唆された。特にオーキシン流出担体は宿主植物との間の連絡を確立するのに決定的な役割を果たすことが分かった。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Local auxin biosynthesis mediated by a YUCCA flavin monooxygenase regulates haustorium development in the parasitic plant Phtheirospermum japonicum. (2016)
  • Author(s): Ishida, J.K., Wakatake, T., Yoshida, S., Takebayashi, Y., Kasahara, H., Wafula, E., dePamphilis, C. W., Namba, S., Shirasu K.
  • Journal Title: Plant Cell Volume: 28 Issue: 8 Pages: 1795-1814
  • DOI: 10.1105/tpc.16.00310
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 根寄生植物の分子メカニズム －ゲノム解読とモデル実験系の確立で農業被害の撲滅に道 (2016)
  • Author(s): 若竹崇雅、吉田聡子、白須賢
  • Journal Title: 生物の科学 遺伝 Volume: 70-4 Pages: 289-293
  • Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 寄生植物コシオガマの吸器形成機構 (2016)
  • Author(s): 若竹崇雅、吉田聡子、白須賢
  • Journal Title: BSJ-Review Volume: 7 Pages: 241-249
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Haustorial Hairs Are Specialized Root Hairs That Support Parasitism in the Facultative Parasitic Plant Phtheirospermum japonicum (2016)
  • Author(s): Songkui Cui, Takanori Wakatake, Kei Hashimoto, Simon B. Saucet, Kiminori Toyooka, Satoko Yoshida, and Ken Shirasu
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: 170 Issue: 3 Pages: 1492-1503
  • DOI: 10.1104/pp.16.00223
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The WRKY45-Dependent Signaling Pathway Is Required For Resistance against Striga hermonthica Parasitism (2015)
  • Author(s): J. Musembi Mutuku, Satoko Yoshida, Takafumi Shimizu, Yasunori Ichihashi, Takanori Wakatake, Akira Takahashi, Mitsunori Seo, and Ken Shirasu
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: 168 Issue: 3 Pages: 1152-1163
  • DOI: 10.1104/pp.15.00897
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Auxin transport network underlies haustorium development in parasitic plants (2017)
  • Author(s): Takanori Wakatake, Juliane Ishida, Satoko Yoshida, Ken Shirasu
  • Organizer: 第58回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学（鹿児島県鹿児島市）
  • Year and Date: 2017-03-18
• [Presentation] Auxin transport network underlies development of the invading organ in parasitic plants (2016)
  • Author(s): Takanori Wakatake, Juliane Ishida, Satoko Yoshida, Ken Shirasu
  • Organizer: Cold Spring Harbor Asia: Latest advances in plant development and environmental response
  • Place of Presentation: ウェスティンホテル淡路（兵庫県淡路市）
  • Year and Date: 2016-12-01
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Tissue specific transcriptome analysis at the interface between a parasitic plant and the host plant (2016)
  • Author(s): Takanori Wakatake, Satoko Yoshida, Ryosuke Sano, Tetusya Kurata, Taku Demura, Ken Shirasu
  • Organizer: 日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 岩手大学（岩手県・盛岡市）
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] ライブイメージングで捉える寄生植物と宿主植物の植物間相互作用 (2015)
  • Author(s): 若竹崇雅、Thomas Spallek, Simon Saucet, 吉田聡子、白須賢
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会年会、第88回日本生化学会 合同大会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（兵庫県・神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-02
• [Presentation] 寄生植物の吸器形成機構とその機能 (2015)
  • Author(s): 若竹崇雅、Thomas Spallek, Simon Saucet, 吉田聡子、白須賢
  • Organizer: 日本植物学会第79回大会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ 新潟コンベンションセンター（新潟県・新潟市）
  • Year and Date: 2015-09-06
• [Presentation] In vivo imaging analysis of the haustorium development in the parasitic plant (2015)
  • Author(s): Takanori Wakatake, Satoko Yoshida, Ken Shirasu
  • Organizer: 第56回植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 東京農業大学
  • Year and Date: 2015-03-16
• [Presentation] The Involvement of Auxin during Haustorium Development in Orobanchaceae (2014)
  • Author(s): Takanori Wakatake, Satoko Yoshida, Ken Shirasu
  • Organizer: EMBO conference “Interdisciplinary Plant Development”
  • Place of Presentation: Cambridge, UK
  • Year and Date: 2014-09-21 – 2014-09-24
• [Presentation] The Involvement of Auxin during Haustorium Development in Orobanchaceae (2014)
  • Author(s): Takanori Wakatake, Satoko Yoshida, Ken Shirasu
  • Organizer: International ERATO Higashiyama Live-Holonics Symposium 2014 "Plant Live-Cell Imaging and Microdevices"
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2014-09-09 – 2014-09-10
• [Remarks] 寄生植物の侵入器官発生メカニズムの一端を解明 －オーキシンの局所的な生合成が重要なステップ－
  • URL: http://www.riken.jp/pr/press/2016/20160707_1/