植物の多細胞化に重要な構造・原形質連絡の形成に関わる分子基盤の解明とその進化

• Project/Area Number: 21H02516
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 44040:Morphology and anatomical structure-related
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 藤田 知道 北海道大学, 理学研究院, 教授 (50322631)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000); Fiscal Year 2023: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2022: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2021: ¥9,880,000 (Direct Cost: ¥7,600,000、Indirect Cost: ¥2,280,000)
• Keywords: 植物細胞間コミュニケーション / アブシジン酸 / 原形質連絡密度 / 原形質連絡 / ストレプト植物 / 進化 / 化合物

Outline of Research at the Start

本研究では、（１）コケ植物において1次PD形成の分子基盤とその形成過程を明らかにする。（２）この分子基盤が被子植物や陸上植物の祖先群であるシャジクモ藻でも機能するのかを調べ、ストレプト植物全体におけるPD形成の分子基盤の普遍性を検討する。そしてPD形成と生物多細胞性の進化について分子レベルでの理解を前進させる。

Outline of Annual Research Achievements

植物では、細胞壁を貫き細胞間コミュニケーションに不可欠な構造として原形質連絡(PD)の存在が古くより知られている。しかしPDがどのように作られるのか、作られるPDの構造や数の制御など、これらに関わる分子制御基盤はいまでもほとんどわかっていない。
本研究は、数細胞程度にまで多細胞性を失ったコケ植物（ヒメツリガネゴケ）の変異株や植物ホルモンであるアブシジン酸（ABA）処理により誘導されるBrood cellにおいて、それぞれPDの密度が半分以下に低下していたという申請者らの発見に基づき、その分子制御機構の解明に取り組んだものである。
本研究では変異株の責任遺伝子の機能とその標的因子の探索とともに解析を進め、PDを作るための分子基盤とその形成過程の一端を明らかにした。またこの分子基盤が被子植物のシロイヌナズナや陸上植物の祖先群のシャジクモ藻で保存されているかどうかを調べ、シャジクモ藻から陸上植物を含むストレプト植物全体で、PD形成に関わる分子基盤の普遍性を考察した。さらにPDの密度の制御にABAコアモジュールとその下流で働く転写因子の１つが重要な役割を担っていることを明らかにした。ABA添加によるPD密度低下は細胞間コミュニケーションの一時的抑制制御に重要であり、実際に浸透圧ストレス下でも同様にABAシグナル伝達経路を用いて、PD密度を低下させる制御が働いているらしいことも明らかにした。このような環境ストレス下におけるPD密度の抑制はストレスがなくなると解除されておりストレス依存的な可逆的制御機構であると考えられた。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] ABA signaling converts stem cell fate by substantiating a tradeoff between cell polarity, growth and cell cycle progression and abiotic stress responses in the moss Physcomitrium patens (2023)
  • Author(s): Marcel Pascal Beier, Chiyo Jinno, Natsumi Noda, Kohei Nakamura, Sumio Sugano, Yutaka Suzuki, Tomomichi Fujita
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 14 Pages: 1303195-1303195
  • DOI: 10.3389/fpls.2023.1303195
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Abscisic acid switches cell division modes of asymmetric cell division and symmetric cell division in stem cells of protonemal filaments in the moss <i>Physcomitrium patens</i> (2022)
  • Author(s): Hiroguchi, A., Nakamura, K. and Fujita, T.
  • Journal Title: Plant Biotechnology Volume: 39 Issue: 1 Pages: 13-17
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.22.0107a
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • Year and Date: 2022-03-25
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Surface-localized glycoproteins act through class C ARFs to fine-tune gametophore initiation in Physcomitrium patens (2022)
  • Author(s): Teh Ooi Kock、Singh Prerna、Ren Junling、Huang Lin Tzu、Ariyarathne Menaka、Salamon Benjamin Prethiviraj、Wang Yu、Kotake Toshihisa、Fujita Tomomichi
  • Journal Title: Development Volume: 149 Issue: 24
  • DOI: 10.1242/dev.200370
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Abscisic acid signaling controls density of primary plasmodesmata in the moss Physcomitrium patens (2024)
  • Author(s): Chiyo Jinno, Ken Fujisaki, Izumi Yotsui, Motoki Ouchi, Satoshi Naramoto, Daisuke Takezawa, Yoichi Sakata and Tomomichi Fujita
  • Organizer: 日本植物生理学会
• [Presentation] アブシジン酸と細胞間コミュニケーション、細胞運命制御の出会い (2023)
  • Author(s): 神野智世、楢本悟史、藤田知道
  • Organizer: 日本植物学会
  • Invited
• [Presentation] Environmental fluctuation and regulation of intercellular communication in the moss, Physcomitrium patens (2023)
  • Author(s): Tomomichi Fujita, Munenori Kitagawa, Takumi Tomoi, Kensuke Kawade, Chiyo Jinno
  • Organizer: The 33rd International Conference on Arabidopsis Research
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ヒメツリガネゴケにおけるアブシジン酸シグナル経路を介した原形質連絡の密度制御 (2023)
  • Author(s): 神野智世、楢本悟史、藤田知道
  • Organizer: 日本植物学会
• [Presentation] アブシジン酸はヒメツリガネゴケにおいて原形質連絡の形成を抑制する (2022)
  • Author(s): 神野智世、藤田知道
  • Organizer: 日本植物生理学会
• [Book] コケ分子生物学を用いたSDGsへの取り組み (2023)
  • Author(s): 藤田知道
  • Total Pages: 94
  • Publisher: 北隆館
• [Book] 環境ストレスにより新生するコケ植物の幹細胞 (2022)
  • Author(s): 神野智世, 藤田知道
  • Total Pages: 92
  • Publisher: 北隆館
• [Book] コケ植物の幹細胞新生にみるアブシジン酸を用いたしなやかな生存戦略 (2022)
  • Author(s): 神野智世, 藤田知道
  • Total Pages: 66
  • Publisher: ニューサイエンス社
• [Book] Tracking intercellular movement of fluorescent proteins in bryophytes (2022)
  • Author(s): Takumi Tomoi, Yoan Coudert, Tomomichi Fujita
  • Total Pages: 12
  • Publisher: Humana
  • ISBN: 9781071621318
• [Book] Callose detection and quantification at plasmodesmata in bryophytes (2022)
  • Author(s): Arthur Muller, Tomomichi Fujita, Yoan Coudert
  • Total Pages: 11
  • Publisher: Humana
  • ISBN: 9781071621318
• [Book] Plasmodesmata (2022)
  • Author(s): Takumi Tomoi, Yoan Coudert, Tomomichi Fujita
  • Publisher: Springer Nature
  • ISBN: 9781071621318
• [Book] 月刊「細胞」2022年5月号 (2022)
  • Author(s): 神野 智世・藤田 知道
  • Total Pages: 66
  • Publisher: ニュー・サイエンス社
• [Remarks] 百年の眠り 眠れる森の美女の教え
  • URL: https://www.hokudai.ac.jp/news/2022/12/post-1140.html
• [Remarks]
  • URL: https://www.sci.hokudai.ac.jp/PlantSUGOIne/