細胞壁再構成をともなう離生細胞間隙形成の分子機構

• Project Area: Plant cell wall as information-processing system
• Project/Area Number: 15H01233
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 石崎 公庸 神戸大学, 理学研究科, 准教授 (00452293)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥8,840,000 (Direct Cost: ¥6,800,000、Indirect Cost: ¥2,040,000); Fiscal Year 2016: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2015: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
• Keywords: 植物細胞間隙形成 / 発生 / 進化 / ユビキチンープロテアソーム系 / 植物 / 発生・分化 / シグナル伝達 / プロテオーム / 細胞壁 / 微小管 / 光合成 / コケ植物

Outline of Annual Research Achievements

NOP1の標的タンパク質や制御タンパク質を単離することを目的として、NOP1結合タンパク質を探索し、得られた候補遺伝子について機能欠損変異株を作出し、表現型を解析することで関連遺伝子の同定を試みた。まずNOP1結合タンパク質を同定するため、U-boxドメインを欠失した不活性型NOP1-Citrineを発現する形質転換体を用いて免疫沈降を行い、沈殿物に対して質量分析を行った。その結果、数百に及ぶNOP1結合タンパク質候補が単離された。得られたNOP1結合タンパク質候補に対して様々な情報をもとに、細胞間隙形成と関連のありそうな候補を絞り込んだ。選抜したNOP1相互作用因子候補には微小管や細胞骨格関連因子、セルロース合成酵素関連因子、膜交通関連因子、受容体キナーゼなどが含まれていた。これらのNOP1相互作用因子候補についてCRISPR/Cas9ゲノム編集システムによって機能欠損株の作出を行い、表現型の観察を行ったところ、複数の機能欠損株で基質形成に異常が確認され、NOP1と協働して気室形成に関与する可能性のある因子が複数単離された。その中でも、微小管とセルロース合成酵素の双方に結合して働くことが示唆されているCSI1（CELLULOSE SYNTHASE-INTERACTIVE1）遺伝子のオーソログに着目し、更なる解析を行った。その結果、ゼニゴケCSIの機能欠損株では、気室形成密度が低下すること、気室形成が起こる領域でも形態の異常な気室や気室孔が形成されることが明らかとなった。このことからCSIは正常な気室形成に必要な因子であると考えられ、CSIは微小管と細胞壁合成酵素の制御を介して気室形成を正に制御することが示唆された。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Monash University(オーストリア)
• [Int'l Joint Research] Joint Genome Institute(米国)
• [Int'l Joint Research] Universidad Veracruzana(メキシコ)
• [Int'l Joint Research] Monash University(Australia)
• [Int'l Joint Research] Joint Genome Institute, DOE(米国)
• [Int'l Joint Research] Gregor Mendel Institute(Austria)
• [Int'l Joint Research] University of Oxford/University of Cambridge(United Kingdom)
• [Journal Article] Evolution of land plants: insights from molecular studies on basal lineages. (2016)
  • Author(s): Ishizaki, K.
  • Journal Title: Biosci. Biotechnol. Biochem. Volume: 81 Issue: 1 Pages: 73-80
  • DOI: 10.1080/09168451.2016.1224641
  • NAID: 120005970765
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] An evolutionary conserved plant RKD factor controls germ cell differentiation. (2016)
  • Author(s): Koi, S., Hisanaga, T., Sato, K., Shimamura, M., Yamato, K.T., Ishizaki, K., Kohchi, T. and Nakajima, K.
  • Journal Title: Current Biology Volume: 26 Issue: 13 Pages: 1775-1781
  • DOI: 10.1016/j.cub.2016.05.013
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Evolutionary analysis of iron (Fe) acquisition system in Marchantia polymorpha. (2016)
  • Author(s): Lo, J.C., Tsednee, M., Yang, S.C., Hu, J.M., Ishizaki, K., Kohchi, T., Lee, D.C. and Yeh, K.C.
  • Journal Title: New Phytologist Volume: 221 Issue: 2 Pages: 569-583
  • DOI: 10.1111/nph.13922
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Phytochrome signaling is mediated by PHYTOCHROME INTERACTING FACTOR in the liverwort Marchantia polymorpha. (2016)
  • Author(s): Inoue, K., Nishihama, R., Kataoka, H., Hosaka, M., Manabe, R., Nomoto, M., Tada, Y., Ishizaki, K. and Kohchi, T.
  • Journal Title: Plant Cell Volume: 28 Pages: 1406-1421
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular Genetic Tools and Techniques for Marchantia polymorpha Research (2016)
  • Author(s): Kimitsune Ishizaki, Ryuichi Nishihama, Katsuyuki T. Yamato and Takayuki Kohchi
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 57(2) Issue: 2 Pages: 262-270
  • DOI: 10.1093/pcp/pcv097
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] SNARE Molecules in Marchantia polymorpha: Unique and Conserved Features of the Membrane Fusion Machinery. (2016)
  • Author(s): Kanazawa, T., Era, A., Minamino, N., Shikano, Y., Fujimoto, M., Uemura, T., Nishihama, R., Yamato, KT., Ishizaki, K., Nishiyama, T., Kohchi, T., Nakano, A., Ueda, T.
  • Journal Title: Plant Cell Physiol. Volume: 57 Issue: 2 Pages: 307-24
  • DOI: 10.1093/pcp/pcv076
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] RSL class I genes controlled the development of epidermal structures in the common ancestor of land plants. (2016)
  • Author(s): Proust, H., Honkanen, S., Jones, V.A., Morieri, G., Prescott, H., Kelly, S., Ishizaki, K., Kohchi, T. and Dolan, L.
  • Journal Title: Current Biology Volume: 26 Issue: 1 Pages: 93-99
  • DOI: 10.1016/j.cub.2015.11.042
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Auxin produced by the indole-3-pyruvic acid pathway regulates development and gemmae dormancy in the liverwort Marchantia polymorpha. (2016)
  • Author(s): Eklund, D.M., Ishizaki, K., Flores-Sandoval, E., Kikuchi, S., Takebayashi, Y., Tsukamoto, S., Hirakawa, Y., Nonomura, M., Kato, H., Kouno, M., Bhalerao, R.P., Lagercrantz, U., Kasahara, H., Kohchi, T. and Bowman, J.L.
  • Journal Title: The Plant Cell Volume: 27 Issue: 6 Pages: 1650-69
  • DOI: 10.1105/tpc.15.00065
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Development of Gateway binary vector series with four different selection markers for the liverwort Marchantia polymorpha. (2015)
  • Author(s): Ishizaki, K., Nishihama, R., Ueda, M., Inoue, K., Ishida, S., Nishimura., Y., Shikanai, T., Kohchi, T
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 10 Issue: 9 Pages: e0138876-e0138876
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0138876
  • NAID: 120005715313
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Development of schizogenous intercellular spaces in plants. (2015)
  • Author(s): Ishizaki, K.
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 6 Pages: 497-497
  • DOI: 10.3389/fpls.2015.00497
  • NAID: 120005822569
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Auxin-mediated transcriptional system with a minimal set of components is critical for morphogenesis through the life cycle in Marchantia polymorpha (2015)
  • Author(s): Kato, H., Ishizaki, K., Kouno, M., Shirakawa, M., Bowman, J.L., Nishihama, R., and Kohchi, T.
  • Journal Title: PLOS Genet. Volume: In press Issue: 5 Pages: e1005084-e1005084
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1005084
  • NAID: 120005672595
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] ゼニゴケ無性芽の休眠に関連するbHLH遺伝子の機能解析 (2017)
  • Author(s): 吉川実樺子，塚本成幸，深城英弘，三村徹郎，竹澤大輔，坂田洋一，石崎公庸
  • Organizer: 第58回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学郡元キャンパス（鹿児島県・鹿児島市）
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] ゼニゴケ配偶体の幹細胞増殖を制御するメカニズム (2016)
  • Author(s): 石崎公庸
  • Organizer: 日本植物学会 第80回大会シンポジウム
  • Place of Presentation: 沖縄コンベンションセンター（沖縄・宜野湾市）
  • Year and Date: 2016-09-17
  • Invited
• [Presentation] ゼニゴケの発生・形態形成におけるROS生成酵素Rbohの機能解析 (2016)
  • Author(s): 橋本研志, 木村貴史, 籔田渉二, 山田融, 賀屋秀隆, 北畑信隆, 西浜竜一, 石崎公庸, 河内孝之, 朽津和幸
  • Organizer: 日本植物学会 第80回大会
  • Place of Presentation: 沖縄コンベンションセンター（沖縄・宜野湾市）
  • Year and Date: 2016-09-16
• [Presentation] Molecular genetics of gemma and gemma-cup development in the liverwort Marchantia polymorpha (2016)
  • Author(s): Ishizaki, K.
  • Organizer: EMBO workshop "New model systems for early land plant evolution"
  • Place of Presentation: Gregor Mendel Institute, Vienna, Austria
  • Year and Date: 2016-06-23
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Conserved mechanism for secondary meristem formation in land plants (2016)
  • Author(s): Kimitsune Ishizaki
  • Organizer: 第57回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 岩手大学（岩手県・盛岡市）
  • Year and Date: 2016-03-18
  • Invited
• [Presentation] Screen for regulatory proteins of schizogenous intercellular space formation in Marchantia polymorpha by using mass spectrometry and the CRISPR/Cas9 genome editing technology. (2016)
  • Author(s): Miya Mizutani; Kimitsune Ishizaki; Yoichiro Fukao; Masayuki Fujiwara; Akihide Masuda; Ryuichi Nishihama; Takayuki Kohchi
  • Organizer: 第57回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 岩手大学（岩手県・盛岡市）
  • Year and Date: 2016-03-18
• [Presentation] Functional characterization of GCAM1, an R2R3-MYB essential for the development of gemma cup in the liverwort Marchantia polymorpha. (2016)
  • Author(s): Shigeyuki Tsukamoto; Tomomi Sugaya; Katsuyuki T. Yamato; Ryuichi Nishihama; Hiroyoshi Kubo; Hidehiro Fukaki; Tetsuro Mimura; Takayuki Kohchi; Kimitsune Ishizaki
  • Organizer: 第57回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 岩手大学（岩手県・盛岡市）
  • Year and Date: 2016-03-18
• [Presentation] Characterization of KARAPPO, an essential gene for gemma formation in Marchantia polymorpha. (2016)
  • Author(s): Takuma Hiwatashi; Katsushi Yamaguchi; Shuji Shigenobu; Shinichiro Sawa; Hiroyuki Kirita; Hidehiro Fukaki; Tetsuro Mimura; Takayuki Kohchi; Kimitsune Ishizaki
  • Organizer: 第57回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 岩手大学（岩手県・盛岡市）
  • Year and Date: 2016-03-18
• [Presentation] An ancient regulatory mechanism for secondary meristem formation in land plants (2015)
  • Author(s): Kimitsune Ishizaki
  • Organizer: Towards Increased Plant Productivity through Understanding of Environmental Responses and Epigenetic Regulation
  • Place of Presentation: 理研、横浜キャンパス（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2015-11-24
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Remarks] 神戸大学理学研究科生物学専攻 石崎研究室ホームページ
  • URL: http://www.research.kobe-u.ac.jp/fsci-ishizaki/publication.html