Molecular mechanisms for dormancy of clonal propagules in a bryophyte

• Project/Area Number: 19H03247
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 44030:Plant molecular biology and physiology-related
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: Ishizaki Kimitsune 神戸大学, 理学研究科, 教授 (00452293)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000); Fiscal Year 2022: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2021: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2020: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2019: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 休眠 / クローン繁殖子 / コケ植物 / アブシシン酸 / 細胞周期 / 進化 / 環境ストレス耐性 / 栄養繁殖 / 無性生殖 / 無性芽 / 成長制御

Outline of Research at the Start

ゼニゴケの繁殖子（無性芽）の休眠を正に制御するMpbHLH40の機能に着目し、①MpbHLH40の発現を制御する外的・内的環境因子の解析、②MpbHLH40下流で成長を停止させ休眠を促進する遺伝子制御ネットワークの解析、の２つを柱として、ゼニゴケにおける繁殖子休眠の分子機構を解明する。MpbHLH40は外的・内的環境因子の下流でシグナルを統合する機能をもつ可能性を考えている。種子や芽の休眠コントロールは農業や園芸分野でも重要な標的となっており、本研究は休眠という複雑な生理現象の基本的な仕組みとその進化（多様化）を理解するための基盤的な知見の蓄積に貢献する。

Outline of Final Research Achievements

Dormancy is a key process employed by land plants to adapt to harsh terrestrial environments. The liverwort Marchantia polymorpha produces dormant propagules called gemmae for asexual reproduction. The plant hormone abscisic acid (ABA) plays important roles in regulating dormancy in both the seeds of flowering plants and the gemmae of M. polymorpha. We identified the transcription factor MpHYP/MpbHLH40 as a key regulator of gemma dormancy. Knock-out mutants of MpHYP showed much higher germination rates of gemmae in gemma cups than ABA-related mutants. Transient induction of MpHYP caused growth arrest of gemmae and thalli. Transcriptome and RT-qPCR analyses revealed that MpHYP represses the expression of cell cycle-related genes and induces ABA biosynthesis and ABA-responsive genes. Our results have suggested that MpHYP regulates gemma dormancy mainly through the ABA-independent pathway, providing clues about ABA-dependent and independent regulation of dormancy in land plants.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

植物の種子や芽の休眠は農業や園芸の分野において重要な形質であり、主に作物やモデル被子植物を用いて研究が進められてきた。本研究は、コケ植物のクローン繁殖子における休眠が転写因子を介した精緻な遺伝子発現制御の仕組みによってコントロールされていることを世界で初めて示したものである。本研究で発見した休眠制御因子の作用点は植物に共通する植物ホルモン生合成や細胞周期制御因子であることから、植物共通の休眠操作系の開発、将来的には作物や有用植物の種子や芽の長期保存手法の開発に繋がる基盤的知見を提供することが期待される。

Research Products

• [Int'l Joint Research] TEMASEK Lifesciences Laboratries(シンガポール)
• [Int'l Joint Research] Oxford University(英国)
• [Int'l Joint Research] TEMASEK Lifesciences Laboratries(シンガポール)
• [Int'l Joint Research] Max Planck Institute(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] TEMASEK Lifesciences Laboratories(シンガポール)
• [Int'l Joint Research] Max Planck Institute(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] TEMASEK Lifesciences Laboratories(シンガポール)
• [Int'l Joint Research] Max Planck Institute(ドイツ)
• [Journal Article] Abscisic acid‐mediated sugar responses are essential for vegetative desiccation tolerance in the liverwort <i>Marchantia polymorpha</i> (2023)
  • Author(s): Khatun Nobiza、Shinozawa Akihisa、Takahashi Kosaku、Matsuura Hideyuki、Jahan Akida、Islam Mousona、Karim Masudul、Sk Rahul、Yoshikawa Mikako、Ishizaki Kimitsune、Sakata Yoichi、Takezawa Daisuke
  • Journal Title: Physiologia Plantarum Volume: 175 Issue: 2
  • DOI: 10.1111/ppl.13898
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Migration of prospindle before the first asymmetric division in germinating spore of <i>Marchantia polymorpha</i> (2022)
  • Author(s): Sakai Yuuki、Higaki Takumi、Ishizaki Kimitsune、Nishihama Ryuichi、Kohchi Takayuki、Hasezawa Seiichiro
  • Journal Title: Plant Biotechnology Volume: 39 Issue: 1 Pages: 5-12
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.21.1217b
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • Year and Date: 2022-03-25
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] G protein signaling and metabolic pathways as evolutionarily conserved mechanisms to combat calcium deficiency (2022)
  • Author(s): Leong Richalynn、Tan Javier Jingheng、Koh Sally Shuxian、Wu Ting‐Ying、Ishizaki Kimitsune、Urano Daisuke
  • Journal Title: New Phytologist Volume: 237 Issue: 2 Pages: 615-630
  • DOI: 10.1111/nph.18561
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] R2R3-MYB transcription factor GEMMA CUP-ASSOCIATED MYB1 mediates the cytokinin signal to achieve proper organ development in Marchantia polymorpha (2022)
  • Author(s): Aki Shiori S.、Morimoto Tomoyo、Ohnishi Taiki、Oda Ayumi、Kato Hirotaka、Ishizaki Kimitsune、Nishihama Ryuichi、Kohchi Takayuki、Umeda Masaaki
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 12 Issue: 1 Pages: 21123-21123
  • DOI: 10.1038/s41598-022-25684-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] G protein controls stress readiness by modulating transcriptional and metabolic homeostasis in Arabidopsis thaliana and Marchantia polymorpha (2022)
  • Author(s): Wu Ting-Ying、Krishnamoorthi Shalini、Boonyaves Kulaporn、Al-Darabsah Isam、Leong Richalynn、Jones Alan M.、Ishizaki Kimitsune、Liao Kang-Ling、Urano Daisuke
  • Journal Title: Molecular Plant Volume: 15 Issue: 12 Pages: 1889-1907
  • DOI: 10.1016/j.molp.2022.10.020
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The Renaissance and Enlightenment of Marchantia as a model system (2022)
  • Author(s): Bowman, J.L., Berger,F., Briginshaw, L.N., Davies, K.M., Dierschke, T., Dolan,L., Fisher, T.J., Flores-Sandoval,E., Futagami,K., Ishizaki, K., Kato, H., Kohchi, T., Levins, J., Lin, S-S., Nishihama, R., Romani, R., Tanizawa, Y., Tsuzuki, M., Watanabe,Y., Yamato, K.T., Zachgo, S.
  • Journal Title: The Plant Cell Volume: 34 Issue: 10 Pages: 3512-3542
  • DOI: 10.1093/plcell/koac219
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Distinct Functions of the Atypical Terminal Hydrophilic Domain of the HKT Transporter in the Liverwort Marchantia polymorpha. (2022)
  • Author(s): Imran S, Oyama M, Horie R, Kobayashi NI, Costa A, Kumano R, Hirata C, Tran STH, Katsuhara M, Tanoi K, Kohchi K, Ishizaki K, Horie T.
  • Journal Title: Plant Cell Physiology Volume: 63 Issue: 6 Pages: 802816-802816
  • DOI: 10.1093/pcp/pcac044
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Development and Molecular Genetics of Marchantia polymorpha. (2021)
  • Author(s): Kohchi T, Yamato KY, Ishizaki K, Yamaoka S, Nishihama R.
  • Journal Title: Annu. Rev. Plant Biol. Volume: 72 Issue: 1 Pages: 677-702
  • DOI: 10.1146/annurev-arplant-082520-094256
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Major components of the KARRIKIN INSENSITIVE2-dependent signaling pathway are conserved in the liverwort Marchantia polymorpha (2021)
  • Author(s): Mizuno Y, Komatsu A, Shimazaki S, Naramoto S, Inoue K, Xie X, Ishizaki K, Kohchi T, Kyozuka J.
  • Journal Title: Plant Cell Volume: - Issue: 7 Pages: 112-156
  • DOI: 10.1093/plcell/koab106
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Gemma cup and gemma development in Marchantia polymorpha (2020)
  • Author(s): Kato Hirotaka、Yasui Yukiko、Ishizaki Kimitsune
  • Journal Title: New Phytologist Volume: 228 Issue: 2 Pages: 459-465
  • DOI: 10.1111/nph.16655
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Induction of Multichotomous Branching by CLAVATA Peptide in Marchantia polymorpha (2020)
  • Author(s): Hirakawa Yuki、Fujimoto Toko、Ishida Sakiko、Uchida Naoyuki、Sawa Shinichiro、Kiyosue Tomohiro、Ishizaki Kimitsune、Nishihama Ryuichi、Kohchi Takayuki、Bowman John L.
  • Journal Title: Current Biology Volume: 30 Issue: 19 Pages: 3833-3840
  • DOI: 10.1016/j.cub.2020.07.016
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Design principles of a minimal auxin response system (2020)
  • Author(s): Kato Hirotaka、Mutte Sumanth K.、Suzuki Hidemasa、Crespo Isidro、Das Shubhajit、Radoeva Tatyana、Fontana Mattia、Yoshitake Yoshihiro、Hainiwa Emi、van den Berg Willy、Lindhoud Simon、Ishizaki Kimitsune、Hohlbein Johannes、Borst Jan Willem、Boer D. Roeland、Nishihama Ryuichi、Kohchi Takayuki、Weijers Dolf
  • Journal Title: Nature Plants Volume: 6 Issue: 5 Pages: 473-482
  • DOI: 10.1038/s41477-020-0662-y
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 庭の厄介者ゼニゴケがクローン個体をつくり繁殖する仕組み (2020)
  • Author(s): 安居佑季子、石崎公庸
  • Journal Title: 化学と生物 Volume: 58 Pages: 502-504
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The RopGEF KARAPPO Is Essential for the Initiation of Vegetative Reproduction in Marchantia polymorpha (2019)
  • Author(s): Hiwatashi T., Goh H., Yasui Y., Koh L.Q., Takami H., Kajikawa M., Kirita H., Kanazawa T., Minamino N., Togawa T., Sato M., Wakazaki M., Yamaguchi K., Shigenobu S., Fukaki H., Mimura T., Toyooka K., Sawa S., Yamato K.T.,Ueda T., Urano D., Kohchi T., Ishizaki K.
  • Journal Title: Current Biology Volume: 29 Issue: 20 Pages: 3525-3531
  • DOI: 10.1016/j.cub.2019.08.071
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] GEMMA CUP-ASSOCIATED MYB1, an ortholog of axillary meristem regulators, is essential in vegetative reproduction in Marchantia polymorpha. (2019)
  • Author(s): Yasui Y, Tsukamoto S, Sugaya T, Nishihama R, Wang Q, Kato H, Yamato KT, Fukaki H, Mimura T, Kubo H, Theres K, Kohchi T, Ishizaki K.
  • Journal Title: Curr Biol. Volume: 29 Issue: 23 Pages: 3987-3995
  • DOI: 10.1016/j.cub.2019.10.004
  • NAID: 120006773950
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A conserved regulatory mechanism mediates the convergent evolution of plant shoot lateral organs. (2019)
  • Author(s): Naramoto S, Jones VAS, Nicola, N, Sato M,Toyooka K, Shimamura M, Ishida S, Nishitani K,Ishizaki K, Nishihama R, Kohchi T, Dolan L, Kyozuka J.
  • Journal Title: PLoS Biology Volume: 17 Issue: 12 Pages: 12-12
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.3000560
  • NAID: 120006813343
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] MpHYPNOSによるゼニゴケ無性芽の休眠制御機構 (2023)
  • Author(s): 芳村 那美, 吉川 実樺子, 安田 有沙, 加藤 大貴, 酒井 友希, 三村 徹郎, 近藤 侑貴, 深城 英弘, 石崎 公庸
  • Organizer: 第64回 日本植物生理学会年会（仙台）
• [Presentation] MpHYPNOSを介したゼニゴケ無性芽の休眠制御機構 (2022)
  • Author(s): 芳村 那美, 石崎 公庸
  • Organizer: 第5回 コケ幹細胞研究会（服部植物研究所）
• [Presentation] ゼニゴケにおける栄養繁殖の分子機構 (2022)
  • Author(s): 石崎 公庸
  • Organizer: 第5回 コケ幹細胞研究会（服部植物研究所）
• [Presentation] Dormancy of vegetative propagules in a liverwort Marchantia polymorpha (2022)
  • Author(s): Kimitsune Ishizaki
  • Organizer: EMBO workshop on "An Integrated View of Early Land Plant Evolution"
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ゼニゴケ無性芽の休眠を促進するMpHYPNOSの機能 (2022)
  • Author(s): 芳村 那美, 吉川 実樺子, 安田 有沙, 加藤 大貴, 酒井 友希, 三村 徹郎, 近藤 侑貴, 深城 英弘, 石崎 公庸
  • Organizer: 日本植物学会第86回大会
• [Presentation] コケ植物ゼニゴケの脅威の繁殖力を支える分子基盤 (2022)
  • Author(s): 酒井 友希, 加藤 大貴, 安居 佑季子, 石崎 公庸
  • Organizer: 日本植物学会第86回大会
• [Presentation] ゼニゴケ無性芽におけるMpHYPNOSを介した休眠制御 (2022)
  • Author(s): 芳村 那美, 吉川 実樺子, 安田 有沙, 加藤 大貴, 酒井 友希, 三村 徹郎, 近藤 侑貴, 深城 英弘, 石崎 公庸
  • Organizer: 第63回 日本植物生理学会年会
• [Presentation] Evolutionary conserved mechanisms of stem cell proliferation in land plants (2022)
  • Author(s): Kimitsune Ishizaki
  • Organizer: 第63回 日本植物生理学会年会
  • Invited
• [Presentation] ゼニゴケ胞子における非対称分裂メカニズム (2022)
  • Author(s): 酒井 友希, 近藤 侑貴, 深城 英弘, 石崎 公庸
  • Organizer: 第63回 日本植物生理学会年会
• [Presentation] 苔類ゼニゴケの杯状体形成におけるsingle-MYB遺伝子GROMの機能解析 (2022)
  • Author(s): 加藤 大貴, 安居 佑季子, 近藤 侑貴, 深城 英弘, 三村 徹郎, 石崎 公庸
  • Organizer: 第63回 日本植物生理学会年会
• [Presentation] ゼニゴケ無性芽におけるMpHYPNOS を介した休眠制御 (2022)
  • Author(s): 芳村那美, 吉川実樺子, 安田有沙, 加藤大貴, 酒井友希, 三村徹郎, 近藤侑貴, 深城英弘, 石崎公庸
  • Organizer: 日本植物学会 第85回大会
• [Presentation] 陸上植物に保存されたオーキシン応答遺伝子WIP のゼニゴケにおける機能解析 (2021)
  • Author(s): 加藤大貴, 近藤侑貴, 深城英弘, Dolf Weijers, 石崎公庸
  • Organizer: 日本植物学会 第85回大会
• [Presentation] ゼニゴケ器官形成におけるR2R3-MYB 転写因子SHOTGLASS の機能 (2021)
  • Author(s): 酒井友希, 高見英幸, 山岡尚平, 近藤侑貴, 深城英弘, 三村徹郎, 石崎公庸
  • Organizer: 日本植物学会 第85回大会
• [Presentation] ゼニゴケ葉状体の形態形成におけるMpREN の機能解析 (2021)
  • Author(s): 米塚広樹, 上野亜紀, 樋渡琢真, 加藤大貴, 酒井友希, 三村徹郎, 近藤侑貴, 深城英弘, 石崎公庸
  • Organizer: 日本植物学会 第85回大会
• [Presentation] ゼニゴケの葉状体再生におけるGCAM1 およびGC1L の機能 (2021)
  • Author(s): 田中涼葉, 加藤大貴, 安居佑季子, 近藤侑貴, 深城英弘, 石崎公庸
  • Organizer: 日本植物学会 第85回大会
• [Presentation] Functional analysis of a R2R3-MYB transcription factor SHOTGLASS in Marchantia polymorpha (2021)
  • Author(s): Yuuki Sakai, Hideyuki Takami, Shigeyuki Tsukamoto, Shohei Yamaoka, Yuki Kondo, Hidehiro Fukaki, Tetsuro Mimura, Kimitsune Ishizaki
  • Organizer: 第62回日本植物生理学会年会
• [Presentation] Functional characterization of LAX PANICLE2 homologous in the liverwort Marchantia polymorpha (2021)
  • Author(s): Naho Maehara, Hirotaka Kato, Yuki Sakai, Yuki Kondo, Tetsuro Mimura, Hidehiro Fukaki, Kimitsune Ishizaki
  • Organizer: 第62回日本植物生理学会年会
• [Presentation] Exploring the common mechanisms for stem cell propagation from vegetative reproduction of Marchantia polymorpha (2021)
  • Author(s): Hirotaka Kato, Yukiko Yasui, Kimitsune Ishizaki
  • Organizer: 第62回日本植物生理学会年会
• [Presentation] ゼニゴケ側生器官形成を制御するMYB転写因子GCAM2の機能解析 (2020)
  • Author(s): 酒井友希, 高見英幸, 塚本成幸, 山岡尚平, 増田晃秀, 深城英弘, 三村徹郎, 河内孝之, 石崎公庸
  • Organizer: 第84回日本植物学会大会
• [Presentation] 苔類ゼニゴケの杯状体形成に重要なsingle-MYBタンパク質の同定 (2020)
  • Author(s): 加藤大貴, 安居佑季子, 深城英弘, 三村徹郎, 石崎公庸
  • Organizer: 第84回日本植物学会大会
• [Presentation] An evolutionarily conserved mechanism for production of secondary meristems in land plants (2019)
  • Author(s): Kimitsune Ishizaki
  • Organizer: International Symposium: Principles of pluripotent stem cells underlying plant vitality
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ゼニゴケ無性芽形成に機能するRopおよびRopGEFの細胞内局在解析 (2019)
  • Author(s): 樋渡琢真, 上野亜紀, 金澤建彦, 南野尚紀, 深城英弘, 三村徹郎, 上田貴志, 石崎公庸
  • Organizer: 日本植物学会第83回大会
• [Presentation] GEMMA CUP-ASSOCIATED MYB1, an orthologue of axillary meristem regulator, is essential for vegetative reproduction in the liverwort Marchantia polymorpha (2019)
  • Author(s): Kimitsune Ishizaki
  • Organizer: Marchantia Workshop 2019
  • Invited
• [Presentation] Marchantia polymorpha as a model for evolutionary biology (2019)
  • Author(s): Kimitsune Ishizaki
  • Organizer: The Vassilios Sarafis OzBryo Meeting
  • Invited
• [Presentation] An evolutionary conserved mechanism for production of secondary meristems in land plants (2019)
  • Author(s): Kimitsune Ishizaki
  • Organizer: Australian Society of Plant Scientists Conference: ASPS 2019
  • Invited
• [Book] 植物生理学 第2版 (2019)
  • Author(s): 石崎 公庸(担当:分担執筆, 範囲:第１章)
  • Total Pages: 242
  • Publisher: 化学同人
  • ISBN: 9784759819977
• [Remarks] 神戸大学大学院理学研究科 石崎研究室ホームページ
  • URL: https://www.research.kobe-u.ac.jp/fsci-ishizaki/index.html
• [Remarks] 神戸大学大学院理学研究科 石崎研究室ホームページ
  • URL: http://www.research.kobe-u.ac.jp/fsci-ishizaki/index.html
• [Remarks] 神戸大学石崎研究室ホームページ
  • URL: http://www.research.kobe-u.ac.jp/fsci-ishizaki/index.html