Elucidation of the conserved mechanism of division plane determination in land plants

• Project/Area Number: 20K06693
• 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: National Institute for Basic Biology
• Principal Investigator: 幸節 健 基礎生物学研究所, 生物進化研究部門, 特任助教 (20821482)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 細胞分裂 / 細胞分裂面 / ヒメツリガネゴケ / 中心体様構造物 / Auroraキナーゼ / 微小管 / 陸上植物

Outline of Research at the Start

動物、植物の発生過程において、細胞分裂面の制御は器官形成に必須である。動物において紡錘体軸を制御する複数の因子が同定されており、紡錘体軸制御因子が星状体微小管と結合することで、紡錘体軸が制御され細胞分裂方向が決定される。一方、陸上植物においては星状体微小管が観察されない。また、動物の紡錘体軸を制御する遺伝子がコードされていない。このことから、動物とは異なる細胞分裂面制御機構が存在すると考えられる。本研究では、コケ植物であるヒメツリガネゴケを用いて紡錘体軸の決定機構、および、細胞質分裂装置の親細胞壁へのガイダンス機構を調べることで、細胞分裂面制御機構を解明する。

Outline of Annual Research Achievements

動物、植物ともに、細胞がどの方向に分裂するかは、正常な発生に大きな影響を与える。申請者は基部陸上植物ヒメツリガネゴケにおいて細胞分裂面は中心体様構造を起点とした紡錘体軸の決定、細胞質分裂装置であるフラグモプラストの親細胞壁への適切なガイダンスによりなされることを見出した。本研究では、紡錘体軸の決定機構、細胞質分裂装置の親細胞壁へのガイダンス機構を調べることで、分裂面制御機構を解明することを目的とする。(1)ヒメツリガネゴケを用いて中心体様構造物の形成機構を解析。(2)真核生物に広く保存される細胞分裂に必須なAuroraキナーゼの解析。これらの解析で、紡錘体軸の決定、フラグモプラストの親細胞壁へのガイダンスメカニズムを明らかにすることを試みた。(1)の研究成果。RNA-seq法で同定済みの初期茎葉体で発現変動する遺伝子の中に、微小管の束化活性を有するMAP65dとMAP65eがあった。前年度にこれら遺伝子の解析を行い、二重変異体において野生型と比較して形態に異常は観察されず、細胞分裂面制御をしていないことが示唆された。そこで、もう一つ機能が重複する遺伝子としてMAP65fを想定し、この遺伝子の機能欠損変異株作製を試みた。(2)の研究成果。前年度にAuroraキナーゼの基質を同定するために、Auroraキナーゼにビオチンリガーゼ(BirA)を融合した遺伝子を持つ形質転換株を作製した。この形質転換体からタンパク質を抽出し、ウエスタンブロットによってビオチン化されたタンパク質を検出した。その結果、野生型のビオチン化されているタンパク質以外の分子量のタンパク質は検出されなかった。用いたビオチンリガーゼが大腸菌由来であるために、植物の生育温度が活性に必要な至適温度ではないと考えた。そこでビオチンリガーゼ活性の至適温度が改変されたTurboIDを取り寄せ、形質転換体を作製した。

Research Products

• [Presentation] ヒメツリガネゴケの茎葉体における細胞分裂軸制御機構の解析 (2020)
  • Author(s): 幸節健、石川雅樹、壁谷幸子、玉田洋介、堀内雄太、 小藤累美子、長谷部光泰
  • Organizer: 植物学会