PPB非依存的な細胞分裂面制御を司る分子機構

• Project/Area Number: 22K15138
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 44030:Plant molecular biology and physiology-related
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 山田 萌恵 名古屋大学, 理学研究科, 助教 (80848391)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2024: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: ヒメツリガネゴケ / 分子モーター / 細胞質分裂 / 細胞分裂面 / 細胞分裂

Outline of Research at the Start

細胞分裂で生じた娘細胞同士の位置関係が永続的に維持される植物では、細胞分裂面の制御は器官の形を決める上で決定的な意味を持つ。植物の細胞分裂においてはPPBと呼ばれる細胞表層の微小管束構造が分裂面制御において中心的な役割を担うと考えられて来たが、近年シロイヌナズナの変異体解析からPPBに依存しない分裂面制御機構の存在が示唆された。。本研究では、PPB非依存的な細胞分裂をするヒメツリガネゴケを用いて網羅的に細胞分裂面制御因子を解析することで、植物が細胞分裂面を決定づける普遍的な分子機構の解明に挑む。

Outline of Annual Research Achievements

細胞分裂で生じた娘細胞同士の位置関係が永続的に維持される植物では、細胞分裂面の制御は器官の形を決める上で決定的な意味を持つ。植物の細胞分裂においてはPPBと呼ばれる細胞表層の微小管束構造が分裂面制御において中心的な役割を担うと考えられて来た。一方、ヒメツリガネゴケの原糸体にはPPBが存在せず、分裂面決定の仕組みもあまりよく分かっていない。近年、シロイヌナズナの変異体解析からPPBに依存しない分裂面制御機構の存在が示唆された。このことはPPB非依存的な機構が植物の分裂面決定機構としてより根源的なものである可能性を示唆する。本研究では、細胞生物学的解析に秀でたヒメツリガネゴケとCRISPRによるゲノム編集技術を組み合わせ、網羅的に細胞分裂面制御因子を解析することで、植物が細胞分裂面を決定づける普遍的な分子機構の解明に挑む。
ゲノム編集技術による遺伝子破壊操作によって細胞分裂面制御に関わる候補因子の多重遺伝子破壊株を複数樹立した。興味深いことに、中には著しい細胞板形成不全を示す変異体もあった。細胞板形成不全を示した変異体は植物特異的な分子モーター遺伝子の欠損株であり、詳細な細胞生物学的解析から細胞板成分輸送の異常が細胞板形成不全の原因であることを突き止めた。さらに、細胞壁の電子顕微鏡観察やヒメツリガネゴケ初期茎葉体のライブ観察により、細胞板形成遅延が植物の形態形成にも影響し得ることを見出した。これらの成果は論文としてまとめられ、現在投稿中である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

細胞板形成において必須の役割を果たす分子モーターを同定し、関連したデータを論文としてまとめて投稿できたため。

Strategy for Future Research Activity

投稿中の論文のリバイス実験を進める。

Research Products

• [Journal Article] Novel inhibitors of microtubule organization and phragmoplast formation in diverse plant species (2023)
  • Author(s): Kimata Yusuke、Yamada Moe、Murata Takashi、Kuwata Keiko、Sato Ayato、Suzuki Takamasa、Kurihara Daisuke、Hasebe Mitsuyasu、Higashiyama Tetsuya、Ueda Minako
  • Journal Title: Life Science Alliance Volume: 6 Issue: 5 Pages: e202201657-e202201657
  • DOI: 10.26508/lsa.202201657
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] The mechanism of cell plate formation (2024)
  • Author(s): Moe Yamada
  • Organizer: 第65回日本植物生理学会年会
• [Presentation] Plant KIF15 functions as a vesicle transporter for the cell plate formation during cytokinesis (2023)
  • Author(s): Takema Sasaki, Gohta Goshima, Moe Yamada
  • Organizer: 第61回日本生物物理学会年会
  • Invited
• [Presentation] Plant Kinesin12II functions as a vesicle transporter for cell plate formation during cytokinesis (2023)
  • Author(s): Moe Yamada
  • Organizer: Taiwan-Japan Plant Biology 2023
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Plant KIF15 functions as a vesicle transporter for the cell plate formation during cytokinesis (2023)
  • Author(s): Moe Yamada
  • Organizer: The 49th Naito Conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] キネシン12によるフラグモプラストを介した細胞板形成機構 (2022)
  • Author(s): 山田萌恵
  • Organizer: 第74回日本細胞生物学会大会
  • Invited
• [Remarks] 研究内容のwebページ
  • URL: http://bunshi4.bio.nagoya-u.ac.jp/~tenure2/yamada/index.html
• [Remarks] 研究業績webページ
  • URL: http://bunshi4.bio.nagoya-u.ac.jp/~tenure2/yamada/publications.html