Analysis of spatio-temporal regulation of regeneration and stem cell reprograming factor

• Project/Area Number: 19K06728
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 44030:Plant molecular biology and physiology-related
• Research Institution: Teikyo University
• Principal Investigator: ASAHINA Masashi 帝京大学, 理工学部, 准教授 (00534067)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: シロイヌナズナ / 植物ホルモン / 組織癒合 / 接ぎ木 / 時空間的解析 / レーザーマイクロダイセクション / 転写因子

Outline of Research at the Start

傷害を受けた植物組織は、幹細胞の機能を獲得すると同時に空間位置情報を受容し、適切な位置に適切な組織の再生を行う。しかし、どの細胞が幹細胞化するのか、幹細胞化した細胞が、どのような遺伝子発現を通じて組織を再生しているのか、未解明である。
本研究課題は、レーザーマイクロダイセクション法を用いて部位・組織別に回収した極微量組織からのトランスクリプトーム解析とホルモン解析を行い、網羅的かつ定量的な時空間変化を明らかにすることで、ANAC071ファミリーが傷害組織における「幹細胞化誘導因子」であることを示し、組織再生の時空間的制御系を細胞・分子レベルで明らかにすることを目的とする。

Outline of Final Research Achievements

After wounding, plant wounded tissues acquire stem cell functions and recognize spatial location information to regenerate the tissues in the appropriate location. However, it is still unclear which cells can become stem cells and the regulatory mechanism of gene expression to regenerate tissues. In this research, We isolated different tissues/specific cells from cryosections of incised Arabidopsis flowering stems by LMD for spatiotemporal quantitative plant hormone analysis, and spatiotemporal quantitative plant hormone analysis and gene expression were performed. In addition, we investigated the molecular and morphological change in the incised flowering stem to reveal the physiological function of ANAC071 and ANAC096 for the regeneration of wounded tissue. We concluded that ANAC071 and ANAC096 are essential for wound-induced cambium formation from dedifferentiated cells before the initiation of cell division during the tissue-reunion process.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

植物は傷害によって失われた組織を速やかに再生し、分離された組織を癒合させる高い再生力をもっている。この組織修復のメカニズムを応用した技術が接ぎ木であり、栽培期間の短縮、安定した収量・品質の維持や病害抵抗性の付与などを目的とした農業技術として世界的で利用されている。しかし、組織が再生にいたる一連の分子メカニズムについては不明な点が多いほか、農園芸技術への応用についても課題が多い。本研究では、ANAC転写因子と植物ホルモンの関与に注目し、植物の高い再生力のメカニズム解明を目指した。この成果は、接ぎ木技術などの農園芸技術の開発につながることが期待される。

Research Products

• [Int'l Joint Research] スウェーデン農業科学大学(スウェーデン)
• [Int'l Joint Research] Leibniz Institute of Plant Biochemistry(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] University of Cambridge(英国)
• [Int'l Joint Research] Ghent University/Center for Plant Systems Biology, VIB(ベルギー)
• [Int'l Joint Research] University of Florida(米国)
• [Journal Article] The simple and rapid quantification method for L-3,4-dihydroxyphenylalanine (L-DOPA) from plant sprout using liquid chromatography-mass spectrometry (2022)
  • Author(s): Yumoto E, Yanagihara N, Asahina M.
  • Journal Title: Plant Biotechnology Volume: 39 Issue: 2 Pages: 199-204
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.21.1126a
  • NAID: 130008141669
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • Year and Date: 2022-06-25
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cell-wall damage activates DOF transcription factors to promote wound healing and tissue regeneration in Arabidopsis thaliana (2022)
  • Author(s): Zhang A, Matsuoka K, Kareem A, Robert M, Roszak P, Blob B, Bisht A, De Veylder L, Voiniciuc C, Asahina M, Melnyk CW.
  • Journal Title: Current Biology Volume: 32 Issue: 9 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1016/j.cub.2022.02.069
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Spatiotemporal plant hormone analysis from cryosections using laser microdissection‐liquid chromatography‐mass spectrometry (2022)
  • Author(s): Yamada K, Nakanowatari M, Yumoto E, Satoh S, Asahina M.
  • Journal Title: Journal of Plant Research Volume: 135 Issue: 2 Pages: 377-386
  • DOI: 10.1007/s10265-021-01360-x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Involvement of Auxin Biosynthesis and Transport in the Antheridium and Prothalli Formation in Lygodium japonicum. (2021)
  • Author(s): Ohishi N, Hoshika N, Takeda M, Shibata K, Yamane H, Yokota T, Asahina M.
  • Journal Title: Plants Volume: - Issue: 12 Pages: 2709-2709
  • DOI: 10.3390/plants10122709
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Suppression of the Lycopene Cyclase Gene Causes Downregulation of Ascorbate Peroxidase Activity and Decreased Glutathione Pool Size, Leading to H2O2 Accumulation in Euglena gracilis. (2021)
  • Author(s): Tamaki S, Sato R, Koshitsuka Y, Asahina M, Kodama Y, Ishikawa T, Shinomura T.
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: -
  • DOI: 10.3389/fpls.2021.786208
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] WIND transcription factors orchestrate wound-induced callus formation, vascular reconnection and defense response in Arabidopsis (2021)
  • Author(s): Iwase A, Kondo Y, Laohavisit A, Takebayashi A, Ikeuchi M, Matsuoka K, Asahina M, Mitsuda N, Shirasu K, Fukuda H, Sugimoto K
  • Journal Title: New Phytologist Volume: 232 Issue: 2 Pages: 734-752
  • DOI: 10.1111/nph.17594
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Wound-inducible ANAC071 and ANAC096 transcription factors promote cambial cell formation in incised Arabidopsis flowering stems. (2021)
  • Author(s): Matsuoka K, Sato R, Matsukura Y, Kawajiri Y, Iino H, Nozawa N, Shibata K, Kondo Y, Satoh S, Asahina M.
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 4 Issue: 1 Pages: 369-369
  • DOI: 10.1038/s42003-021-01895-8
  • NAID: 120007033558
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cell-cell adhesion in plant grafting is facilitated by β-1,4-glucanases (2020)
  • Author(s): Notaguchi, M., Kurotani, K., Sato, Y., Tabata, R., Kawakatsu, Y., Okayasu, K., Sawai, Y., Okada, R., Asahina, M., Ichihashi, Y., Shirasu, K., Suzuki, T., Niwa, M., Higashiyama, T
  • Journal Title: Science Volume: 369 Issue: 6504 Pages: 698-702
  • DOI: 10.1126/science.abc3710
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Spatio-temporal gene expression analysis from cryosection using laser microdissection (2020)
  • Author(s): 朝比奈雅志、中野渡幸、山田一貴、湯本絵美、佐藤忍
  • Journal Title: PLANT MORPHOLOGY Volume: 32 Issue: 1 Pages: 39-43
  • DOI: 10.5685/plmorphol.32.39
  • NAID: 130008006486
  • ISSN: 0918-9726, 1884-4154
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] レーザーマイクロダイセクション法を用いた凍結切片からの遺伝子発現解析 (2020)
  • Author(s): 朝比奈 雅志、中野渡 幸、山田 一貴、湯本 絵美、佐藤 忍
  • Journal Title: Plant Morphology Volume: -
  • NAID: 130008006486
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 麻酔処理による傷害応答遺伝子、植物ホルモン及び接ぎ木接着に対する影響 (2022)
  • Author(s): 平山朔也、佐藤良介、柴田恭美、湯本絵美、宮本皓司、阿部友亮、陽川憲、佐藤忍、朝比奈雅志
  • Organizer: 第63回日本植物生理学会
• [Presentation] シロイヌナズナANAC・DOF転写因子が制御する異所的な維管束細胞分化の解析 (2022)
  • Author(s): 佐藤良介、松岡啓太、柴田恭美、近藤侑貴、佐藤忍、朝比奈雅志
  • Organizer: 第63回日本植物生理学会
• [Presentation] 組織癒合過程における植物ホルモン・遺伝子発現の時空間的オミックス解析 (2021)
  • Author(s): 朝比奈雅志
  • Organizer: 超分野植物科学研究会第1回研究集会
• [Presentation] INVOLVEMENT OF ANAC071 AND ANAC096 ON THE WOUND-INDUCED CAMBIUM AND XYLEM FORMATION IN INCISED ARABIDOPSIS FLOWERING STEMS. (2021)
  • Author(s): Keita Matsuoka, Ryosuke Sato, Yuki Matsukura, Yoshiki Kawajiri, Hiromi Iino, Naoyuki Nozawa, Kyomi Shibata, Yuki Kondo, Shinobu Satoh, Masashi Asahina
  • Organizer: International Conference on Plant Cell Wall Biology 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] シロイヌナズナにおける異所的な維管束細胞分化とANAC・DOF転写因子の関与 (2021)
  • Author(s): 佐藤良介、大津彗紀、手塚貴裕、生井香帆、大橋智生、柴田恭美、近藤侑貴、佐藤忍、朝比奈雅志
  • Organizer: 日本植物学会第85回大会
• [Presentation] シロイヌナズナにおける異所的な維管束細胞分化を制御する転写因子と植物ホルモンの関与 (2021)
  • Author(s): 朝比奈雅志、佐藤良介、松岡啓太、柴田恭美、湯本絵美、近藤侑貴、佐藤忍
  • Organizer: 日本植物形態学会第33回大会
• [Presentation] 麻酔処理による傷害応答遺伝子、植物ホルモン及び接ぎ木接着に対する影響 (2021)
  • Author(s): 平山朔也、佐藤良介、柴田恭美、湯本絵美、宮本皓司、陽川憲、佐藤忍、朝比奈雅志
  • Organizer: 第56回植物化学調節学会
• [Presentation] 異所的な維管束細胞分化に関与するシロイヌナズナANAC及びDOF転写因子の解析 (2021)
  • Author(s): 佐藤良介、松岡啓太、遠藤章成、神長恵太、柴田恭美、近藤侑貴、 佐藤忍、朝比奈雅志
  • Organizer: 第62回日本植物生理学会年会
• [Presentation] シロイヌナズナ傷害応答遺伝子の発現と接ぎ木接着に対する麻酔処理の影響 (2021)
  • Author(s): 平山朔也、佐藤良介、柴田恭美、陽川憲、佐藤忍、朝比奈雅志
  • Organizer: 第62回日本植物生理学会年会
• [Presentation] イネにおけるCOI1-JAZ受容体複合体の機能解析 (2021)
  • Author(s): 稲垣秀生、湯本絵美、朝比奈雅志、内田健一、林謙吾、加治拓哉、加藤信樹、高岡洋輔、上田 実、岡田憲典、山根久和、宮本皓司
  • Organizer: 第62回日本植物生理学会年会
• [Presentation] Involvement of secondary metabolic pathway for root-cut response in Arabidopsis thaliana (2021)
  • Author(s): Kang Xu, Feiyang Lin, Emi Yumoto, Masashi Asahina, Masaaki Watahiki
  • Organizer: 第62回日本植物生理学会年会
• [Presentation] シロイヌナズナ切断花茎の癒合と胚軸間接ぎ木におけるANAC転写因子の機能解析 (2020)
  • Author(s): 朝比奈雅志、松岡啓太、佐藤良介、天貝綾花、豊田佑子、吉田紗斗美、遠藤章成、 神長恵太、柴田恭美、近藤侑貴、佐藤忍
  • Organizer: 日本植物学会第84回大会
• [Presentation] 植物切断組織の癒合と植物ホルモン (2020)
  • Author(s): 朝比奈雅志
  • Organizer: 第11回 植物電顕若手ワークショップ
• [Presentation] 維管束細胞分化誘導系を用いたシロイヌナズナANAC 転写因子の解析 (2020)
  • Author(s): 佐藤良介、松岡啓太、遠藤章成、 神長恵太、柴田恭美、近藤侑貴、佐藤忍、朝比奈雅志
  • Organizer: 第55回 植物化学調節学会
• [Presentation] シロイヌナズナ傷害応答遺伝子の発現と接ぎ木接着に対する麻酔処理の影響 (2020)
  • Author(s): 平山朔也、佐藤良介、柴田恭美、陽川憲、佐藤忍、朝比奈雅志
  • Organizer: 第55回 植物化学調節学会
• [Presentation] イネにおけるジャスモン酸イソロイシン受容体COI1-JAZの機能分化に関する研究 (2020)
  • Author(s): 稲垣秀生、湯本絵美、朝比奈雅志、内田健一、林謙吾、加治拓哉、加藤信樹、高岡洋輔、上田 実、岡田憲典、山根久和、宮本皓司
  • Organizer: 第55回 植物化学調節学会
• [Presentation] Formation of wound-induced cambium during tissue-reunion in incised Arabidopsis flowering stems. (2019)
  • Author(s): Matsuoka K, Goto K, Yoshida K, Kondo Y, Satoh S, Asahina M
  • Organizer: Principles of pluripotent stem cells underlying plant vitality
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] シロイヌナズナ切断花茎の組織癒合過程における時空間的制御機構の解明 (2019)
  • Author(s): 朝比奈 雅志
  • Organizer: 第19回細胞周期合同セミナー
• [Presentation] Formation of wound-induced cambium and spatio-temporal analysis of gene expression and phytohormonesduring tissue-reunion in incised Arabidopsis flowering stems. (2019)
  • Author(s): Matsuoka K, Yamada K, Yumoto E, Yokota T, Yamane H, Tsutsui H, Notaguchi M, Suzuki T, Satoh S, Asahina M
  • Organizer: The 23rd International Conference on Plant Growth Substances Association (IPGSA)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] レーザーマイクロダイセクションを用いたトランスクリプトームとホルモノーム解析 (2019)
  • Author(s): 朝比奈 雅志、中野渡 幸、山田 一貴、湯本 絵美、佐藤 忍
  • Organizer: 日本植物学会第83回大会
  • Invited
• [Presentation] シロイヌナズナ切断花茎の組織癒合における原形質連絡カロース結合タンパク質の関与とオーキシン輸送に対する影響 (2019)
  • Author(s): 大場 裕介、朝比奈 雅志、Li Jiuyi、吉原 さくら、青原 勉、松岡 啓太、近藤 侑貴、岩井 宏暁、佐藤 忍
  • Organizer: 植物化学調節学会第 54 回大会
• [Presentation] シロイヌナズナ胚軸間接木に関わる転写因子と植物ホルモン (2019)
  • Author(s): 朝比奈 雅志
  • Organizer: 理研シンポジウム「接ぎ木を使ったシロイヌナズナ研究の新展開」
  • Invited
• [Presentation] ROS production in tissue reunion of Arabidopsis incised stem (2019)
  • Author(s): 李 久い、松岡 啓太、朝比奈 雅志、朽津 和幸、佐藤 忍
  • Organizer: 日本植物学会第83回大会
• [Presentation] シロイヌナズナ切断花茎における組織癒合および維管束分化関連遺伝子の組織特異的発現 (2019)
  • Author(s): 大場 裕介、吉原 さくら、青原 勉、松岡 啓太、朝比奈 雅志、近藤 侑貴、佐藤 忍
  • Organizer: 日本植物生理学会第60回大会
• [Presentation] イネにおけるジャスモン酸受容体構成因子 COI1 ホモログの機能解析 (2019)
  • Author(s): 稲垣秀生、伊藤響、福本有貴、矢島彩花、Xi Chen、下里美由紀、ハセット絵美、畠山幸大、平栗 優子、石塚祐伸、酒澤智子、湯本絵美、朝比奈雅志、林謙吾、石丸泰寛、高岡洋輔、上田実、岡田 憲典、山根久和、宮本皓司
  • Organizer: 日本植物生理学会第60回大会
• [Presentation] Spatio-temporal Analysis of Gene Expression and Phytohormones During Tissue-reunion in Incised Arabidopsis Flowering Stems (2019)
  • Author(s): Yamada K, Nakanowatari M, Yumot E, Noda Y, Koike R, Yokota T, Yamane H, Tsutsui T, Notaguchi M, Suzuki T, Satoh S, Asahina M
  • Organizer: 日本植物生理学会第60回大会
• [Presentation] Regulation of cytokinin in lateral root growth by root pruning (2019)
  • Author(s): Miao J, Xu D, Yumoto E, Yokota T, Asahina M, Watahiki M
  • Organizer: 日本植物生理学会第60回大会
• [Presentation] LC/MS を用いたブラシノステロイド簡易分析法の検討 (2019)
  • Author(s): 湯本絵美、軸丸裕介、柴田恭美、横田孝雄、謝 肖男、野村崇人、柳原尚久 、朝比奈雅志
  • Organizer: 植物化学調節学会第 54 回大会
• [Presentation] イネのジャスモン酸受容体 COI1 ホモログの機能解析 (2019)
  • Author(s): 稲垣秀生、伊藤 響、福本有貴、矢島彩花、XiChen、石塚祐伸、酒澤智子、湯本絵美、朝比奈雅志 、内田健一 、林 謙吾、大浦早紀、齊藤里菜、加治拓哉、石丸泰寛、高岡洋輔 、上田 実 、岡田憲典、山根久和 、宮本皓司
  • Organizer: 植物化学調節学会第 54 回大会
• [Remarks] 植物生理学研究室 （朝比奈雅志研究室）
  • URL: https://www.teikyo-u.ac.jp/faculties/science_tech/labo/bio_science_asahina
• [Remarks] 帝京大学教員紹介
  • URL: https://www.e-campus.gr.jp/staffinfo/public/staff/detail/1494/32
• [Remarks] 帝京大学理工学部バイオサイエンス学科
  • URL: https://www.teikyo-u.ac.jp/faculties/science_tech/bio_science
• [Remarks] 帝京大学理工学部バイオサイエンス学科 植物生理学研究室 （朝比奈雅志研究室）
  • URL: https://www.teikyo-u.ac.jp/faculties/science_tech/labo/bio_science_asahina
• [Remarks] 帝京大学・理工学部・植物生理学研究室 （朝比奈雅志研究室）
  • URL: https://www.teikyo-u.ac.jp/faculties/undergraduate/science_tech/bio_science_asahina.html