Elucidation of the cell fate regulation by cell-cell communication in plant embryogenesis

• Project/Area Number: 17H03697
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Plant molecular biology/Plant physiology
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Kurihara Daisuke 名古屋大学, トランスフォーマティブ生命分子研究所, 特任講師 (90609439)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000); Fiscal Year 2019: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2018: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2017: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000)
• Keywords: 植物 / 胚発生 / 細胞運命 / 細胞間コミュニケーション / イメージング

Outline of Final Research Achievements

Embryogenesis is a fundamental process in the construction of the complex structures and functions of higher organisms from a single cell, the zygote. The purpose of this study was to clarify the molecular entities of cell-cell communication involved in the regulation of cell fate during embryogenesis. We discovered a candidate mutant as a result of comprehensive analysis focusing on ligand-receptor pairs as signaling pathways that transport outside the cell. We collected data to identify and analyze the causative genes. We also tried to establish the optical manipulation technique for analyzing the signal pathway transported in the cell and clarified the problems and improvement points.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

細胞運命転換は、植物の多能性、分化可塑性を担う重要なメカニズムである。しかしながら、植物は生きたままの観察・解析の困難さから、多数の細胞が混在する組織レベルの研究に終始しており、個々の細胞で、どのように細胞運命が変化しているのかさえ、多くは未知のままである。本研究では、頂端細胞と基部細胞というわずか2細胞の発生時期において、細胞間コミュニケーションの解析を行うことができ、細胞運命転換をする様子を追跡できるため、1細胞レベルでシグナル分子のやりとり、また細胞運命転換のメカニズムに迫った。本研究成果は胚発生だけに留まらず、植物の分化可塑性を担う普遍的なメカニズム解明に繋がると期待される。

Research Products

• [Int'l Joint Research] デュッセルドルフ大学(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] ミラノ大学(イタリア)
• [Journal Article] Live-Cell Imaging of Zygotic Intracellular Structures and Early Embryo Pattern Formation in Arabidopsis thaliana (2020)
  • Author(s): Ueda Minako、Kimata Yusuke、Kurihara Daisuke
  • Journal Title: Methods in Molecular Biology Volume: 2122 Pages: 37-47
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-0342-0_4
  • ISBN: 9781071603413, 9781071603420
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dynamics of the cell fate specifications during female gametophyte development in Arabidopsis (2020)
  • Author(s): Susaki Daichi、Suzuki Takamasa、Maruyama Daisuke、Ueda Minako、Higashiyama Tetsuya、Kurihara Daisuke
  • Journal Title: bioRxiv Volume: －
  • DOI: 10.1101/2020.04.07.023028
  • Open Access
• [Journal Article] Polar vacuolar distribution is essential for accurate asymmetric division ofArabidopsiszygotes (2019)
  • Author(s): Kimata Yusuke、Kato Takehide、Higaki Takumi、Kurihara Daisuke、Yamada Tomomi、Segami Shoji、Morita Miyo Terao、Maeshima Masayoshi、Hasezawa Seiichiro、Higashiyama Tetsuya、Tasaka Masao、Ueda Minako
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 116 Issue: 6 Pages: 2338-2343
  • DOI: 10.1073/pnas.1814160116
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Live-cell analysis of female gametophyte development in Arabidopsis (2019)
  • Author(s): Daisuke Kurihara, Daichi Susaki, Tetsuya Higashiyama
  • Organizer: Synthetic Morphogenesis: From Gene Circuits to Tissue Architecture
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] シロイヌナズナ初期胚の細胞運命制御機構に関わる因子の探索 (2019)
  • Author(s): 栗原大輔, 大谷悠登, 石田喬志, 澤進一郎, 東山哲也
  • Organizer: 日本植物形態学会第31回大会
• [Presentation] 化合物スクリーニングにより見出された新規細胞分裂阻害剤 (2019)
  • Author(s): 木全祐資, 佐藤綾人, 桑田啓子, 鈴木孝征, 山田萌恵, 栗原大輔, 山田朋美, 東山哲也, 植田美那子
  • Organizer: 日本植物学会第83回大会
  • Invited
• [Presentation] ライブイメージングで迫るシロイヌナズナ受精卵の極性化機構 (2019)
  • Author(s): 植田美那子, 木全祐資, 田中小百合, 檜垣匠, 栗原大輔, 東山哲也
  • Organizer: 日本植物学会第83回大会
  • Invited
• [Presentation] 植物胚発生における細胞間コミュニケーションによる細胞運命制御機構の解明 (2019)
  • Author(s): 栗原大輔, 大谷悠登, 石田喬志, 澤進一郎, 東山哲也
  • Organizer: 日本植物学会第83回大会
• [Presentation] Live cell analysis and deep imaging for plant development (2019)
  • Author(s): Daisuke Kurihara
  • Organizer: JSOL2019 (第16回日本ナス科コンソーシアム年会)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] シロイヌナズナにおける初期胚のライブイメージング (2019)
  • Author(s): 植田美那子，木全祐資，田中小百合，加藤壮英，桧垣匠，栗原大輔，山田朋美，安藤奈央惠，森田(寺尾)美代，瀬上紹嗣，前島正義，馳澤盛一郎，桑田啓子，佐藤綾人，鈴木孝征，東山哲也，田坂昌生
  • Organizer: 第60回日本植物生理学会年会
• [Presentation] Live-cell imaging of the axis formation in Arabidopsis zygote (2018)
  • Author(s): Minako Ueda, Yusuke Kimata, Takehide Kato, Takumi Higaki, Daisuke Kurihara, Tomomi Yamada, Shoji Segami, Miyo Terao Morita, Masayoshi Maeshima, Seiichiro Hasezawa, Tetsuya Higashiyama, Masao Tasaka, Naoe Ando
  • Organizer: the 25th International Congress on Sexual Plant Reproduction
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 雌性配偶体形成過程における細胞運命制御機構の解析 (2017)
  • Author(s): 栗原大輔, 須崎大地, 東山哲也
  • Organizer: 日本植物学会第81回大会
• [Presentation] 植物組織における透明化イメージング (2017)
  • Author(s): 栗原大輔
  • Organizer: 第43回レーザー顕微鏡研究会
  • Invited
• [Book] Live-cell Imaging of Zygotic Intracellular Structures and Early Embryo Pattern Formation in Arabidopsis thaliana (2019)
  • Author(s): Minako Ueda, Yusuke Kimata, Daisuke Kurihara
  • Publisher: Springer