一葉植物モノフィレアの特殊な発生を支える分子メカニズムの解明

Research Project

Project/Area Number	19J14140
Research Category	Grant-in-Aid for JSPS Fellows
Allocation Type	Single-year Grants
Section	国内
Review Section	Basic Section 44030:Plant molecular biology and physiology-related
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	木下綾華東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC2)
Project Period (FY)	2019-04-25 – 2021-03-31
Project Status	Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help	¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000) Fiscal Year 2020: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000) Fiscal Year 2019: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Keywords	非モデル生物 / 一葉植物 / イワタバコ科 / モノフィレア属 / 分裂組織 / 子葉 / 溝分裂組織 / 基部分裂組織 / 茎頂分裂組織 / 葉分裂組織 / whole-mount in situ hybridization / RNA-seq
Outline of Research at the Start	被子植物の茎頂分裂組織では幹細胞が維持され、そこで生じた細胞群から地上部の葉・茎の繰り返し構造が無限に形成される。一方で葉は有限成長型の器官で、それを形作る葉分裂組織は決まった発生段階で細胞分裂が止まる。イワタバコ科モノフィレア属の植物（モノフィレア）はこれとは対照的な特徴をもつ。1) 栄養成長期に茎頂分裂組織に相当する組織から新しい器官を形成せず、2) 葉分裂組織に相当する組織が無限に細胞分裂し1枚の子葉を無限に成長させる。そこで本研究はモノフィレアの遺伝子発現解析・遺伝子改変を行なうことで、どのような分子機構がモノフィレアの特殊な形態形成を支えているかを解明する。
Outline of Annual Research Achievements	標準的な種子植物は葉・茎・腋芽の繰り返し構造であるシュートを作り、その葉は有限成長型の器官である。一方で、本研究で扱ったモノフィレア属の植物（モノフィレア）は、2枚のうち1枚の子葉のみを無限成長させ、栄養成長期の間は他に葉や茎を作ることはない。本研究ではこの特異な発生様式を支える分子機構の解明を目指した。上記の課題を解決するため、植物の形態形成の中心である分裂組織に注目した。標準的な植物の場合、葉には有限の細胞分裂活性を持つ葉分裂組織(LM)、シュートの先端には器官形成能を無限に保ち続ける茎頂分裂組織(SAM)が存在する。モノフィレアにもこれらの分裂組織に対応する組織が存在することが知られている。しかし、モノフィレアのLMにあたる基部分裂組織(BM)の細胞分裂活性は無限に維持され、栄養成長期の間はSAMにあたる溝分裂組織(GM)は新しい器官を作らない、という特異な性質を持つ。ただし、生殖成長期に移行するとGMは生殖成長期のSAMと同様に花序を形成するようになる。昨年度にはGMがSAMの性質のみならずLMの性質も併せ持つことを示唆する結果が得られ、本年度はこの内容を査読付き論文誌に発表した(Kinoshita et al. 2020, Front Plant Sci)。これらの分裂組織の特異性の背景をより詳細に理解すべく、昨年度に引き続き、独自に確立したホールマウントin situハイブリダイゼーションの系による遺伝子発現解析を行ない、GMが栄養成長期に器官形成を行わない理由について興味深い新たな仮説を立てるに至った。また、2枚のうち1枚の子葉のみが無限成長するという発生様式の背景となる分子機構を明らかにするため、精緻な実験系を確立し、植物ホルモンとの関連性について意外性のある新たな知見を得ることができた。現在この内容について投稿論文を準備中である。
Research Progress Status	令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	令和2年度が最終年度であるため、記入しない。