単一細胞におけるオーキシン・サイトカイニン応答による並層分裂の制御機構の解析

• Project/Area Number: 16J00131
• 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: Osaka University
• Principal Investigator: 豊倉 浩一 大阪大学, 理学研究科, 特別研究員(SPD)
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000); Fiscal Year 2018: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2017: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2016: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
• Keywords: 植物形態形成 / 細胞分裂 / サイトカイニン / 植物発生遺伝学

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では、植物細胞の分裂方向の制御機構の解明を目指した。器官の生長方向に対して垂直な細胞分裂（垂層分裂）により器官伸長が促進されるのに対し、器官成長方向に平行な細胞分裂（並層分裂）により器官が太くなると考えられる。すなわち、細胞分裂方向を制御することにより器官の形態（「細長い」や「短く太い」など）を調整している。しかしながら、垂層分裂と比べて並層分裂の頻度が少ないことや、細胞分裂の「方向」を調べるためには培養細胞ではなく組織内で解析する必要性から、植物細胞の細胞分裂方向制御機構については殆どわかっていなかった。
昨年度に引き続き、シロイヌナズナの根の維管束を用いて新規な並層分裂の正の制御因子、負の制御因子の解析を行った。植物ホルモンシグナルの下流で働く転写因子による分裂方向制御機構について、３次元解析により詳細な分裂方向の時空間的な制御を明らかにした。また、細胞分裂方向と相関して細胞内極性を変化させる新規因子を同定した。この新規因子を介してプログラムされた分裂方向制御が行われていると考えられる。
並行して、非モデル植物のミチタネツケバナの皮層における分裂方向制御の詳細な解析を行い、植物ホルモンのサイトカイニン受容体遺伝子の制御の進化が種間の分裂方向制御の違いを生み出す一因であることを見出した。実際に、皮層・内皮形成時の並層分裂回数が少ないシロイヌナズナにおいて、異所的にサイトカイニンシグナルを活性化すると並層分裂が活性化し、最終的な皮層の層数が増加した。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ケンブリッジ大学(英国)
• [Int'l Joint Research] ケンブリッジ大学(英国)
• [Journal Article] Lateral inhibition by a peptide hormone-receptor cascade during Arabidopsis lateral root founder cell formation. (2019)
  • Author(s): Toyokura K, Goh T, Shinohara H, Shinoda A, Kondo Y, Okamoto Y, Uehara T, Fujimoto K, Okushima Y, Ikeyama Y, Nakajima K, Mimura T, Tasaka M, Matsubayashi Y and Fukaki H.
  • Journal Title: Developmental Cell Volume: 48 Issue: 1 Pages: 64-75
  • DOI: 10.1016/j.devcel.2018.11.031
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Mobile PEAR transcription factors integrate positional cues to prime cambial growth (2019)
  • Author(s): Miyashima Shunsuke、Roszak Pawel、Sevilem Iris、Toyokura Koichi.....Yuki Kondo.....De Rybel Bert、Helariutta Yka
  • Journal Title: Nature Volume: 565 Issue: 7740 Pages: 490-494
  • DOI: 10.1038/s41586-018-0839-y
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Quiescent center initiation in the Arabidopsis lateral root primordia is dependent on the SCARECROW transcription factor (2016)
  • Author(s): Tatsuaki Goh, Koichi Toyokura, Darren M Wells, Kamal Swarup, Mayuko Yamamoto, Tetsuro Mimura, Dolf Weijers, Hidehiro Fukaki, Laurent Laplaze, Malcolm J Bennett, Soazig Guyomarc'h
  • Journal Title: Development Volume: 143 Pages: 3363-3371
  • DOI: 10.1242/dev.135319
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] ポストゲノム時代の植物進化研究 (2016)
  • Author(s): 豊倉浩一、市橋泰範
  • Journal Title: 植物科学の最前線（BSJ-Review） Volume: 7
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 植物の進化発生研究における順遺伝学的解析 (2016)
  • Author(s): 豊倉浩一、深城英弘
  • Journal Title: 植物科学の最前線（BSJ-Review） Volume: 7
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Comparative analysis of molecular network of root cortex formation in Arabidopsis and Cardamine (2019)
  • Author(s): Koichi Toyokura, Tatsuaki Goh, Masato Sakane, Yrjo Helariutta, Tatsuo Kakimoto, Hiroshi Kudoh, Hidehiro Fukaki
  • Organizer: Japan-Taiwan Plant Biology 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] シロイヌナズナとミチタネツケバナにおける根の皮層形成の分子機構の比較 (2019)
  • Author(s): 豊倉浩一、郷達明、坂根 雅人、Yrjo Helariutta、 柿本辰男、工藤洋、深城英弘
  • Organizer: 第60回日本植物生理学会年会
• [Presentation] 維管束における細胞分裂方向制御機構の解析 (2018)
  • Author(s): 豊倉浩一、Jung-ok Heo、Iris Sevilem、宮島俊介、柿本辰男、Yrjo Helariuttta
  • Organizer: 第５９回 日本植物生理学会年会
• [Presentation] Molecular mechanism of orientation of cell division in plant roots (2017)
  • Author(s): Koichi Toyokura、Tatsuo Kakimoto、Hidehiro Fukaki、Yrjo Helariutta
  • Organizer: GDRI-IPB symposium、"The developing plant in its environment"
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Morphological Diversity and Orientation of Cell Division (2017)
  • Author(s): Koichi Toyokura
  • Organizer: The vascular Development meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Periclinal division in ground tissue and vasculature (2016)
  • Author(s): Koichi Toyokura
  • Organizer: VASCULAR DEVELOPMENT 2016
  • Place of Presentation: ベルギー
  • Year and Date: 2016-11-15
  • Int'l Joint Research