植物細胞の脱分化・器官再生におけるペクチン構造再構成の役割

• Project Area: Plant cell wall as information-processing system
• Project/Area Number: 15H01235
• 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: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 大谷 美沙都 奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 助教 (60435633)
• 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: ペクチン / ペクチン酸リアーゼ / 細胞壁ダイナミクス / 脱分化 / カルス / 細胞増殖 / 細胞壁 / 器官再生 / ペクチンリアーゼ / カルス形成

Outline of Annual Research Achievements

本研究では「植物細胞の脱分化・器官再生におけるペクチン構造再構成の役割を明らかにする」ため、植物では解析が進んでいないペクチン分解酵素遺伝子 PECTATE LYASE-LIKE（PLL）に着目して研究を行った。
１．シロイヌナズナ胚軸脱分化初期のトランスクリプトーム解析から見出された、胚軸脱分化時に発現量が大きく上昇する3つのPLL遺伝子のT-DNA変異体（ノックダウン変異体）を整備し、これらの一重、二重、三重変異体を確立した。さらにこれら変異体で胚軸カルス形成（とくにカルス成長）が阻害されることを明らかにし、PLLは細胞増殖活性維持に機能している可能性を見出した。
２．胚軸の脱分化およびカルス化過程について、ペクチン主鎖ホモガラクツロン酸に関する特異的抗体（高メチル化ホモガラクツロン酸および低メチル化ホモガラクツロン酸のそれぞれに対する抗体）を用いた免疫組織学的解析を行い、胚軸の脱分化およびカルス化に伴ったペクチン動態を明らかにした。また、こうしたホモガラクツロン酸の分布変化はpll 変異体では撹乱されていることも分かり、上述の細胞増殖活性の維持に、適切なペクチン構造制御が重要であることが示唆された。
３．ペクチン成分に影響して細胞壁を弛める化合物と考えられるラサロシドナトリウム（LS）を見出し、LS処理時のトランスクリプトーム解析を行った。この結果、LS処理24時間後にはジャスモン酸関連遺伝子やペルオキシダーゼ遺伝子の発現が大きく上昇することが分かり、セルロース生合成阻害化合物添加によって明らかにされてきたcell wall integrityシグナリング経路との共通性が見出された。また、LS処理が植物ホルモン（アブシジン酸、オーキシン、サイトカイニン）の蓄積量に影響する可能性を示し、ペクチン生合成異常が広範な生理応答を引き起こす可能性を明らかにした。

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] Universite de Picardie(フランス)
• [Journal Article] Evolution of plant conducting cells: perspectives from key regulators of vascular cell differentiation. (2017)
  • Author(s): Ohtani M, Akiyoshi N, Takenaka Y, Sano R, Demura T
  • Journal Title: Journal of Experimental Botany Volume: 68 Issue: 1 Pages: 17-26
  • DOI: 10.1093/jxb/erw473
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Heterologous overexpression of poplar SnRK2 genes enhanced salt stress tolerance in Arabidopsis thaliana. (2016)
  • Author(s): Song X., Yu X., Hori C., Demura T., Ohtani M., Zhuge Q
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 7 Pages: 612-612
  • DOI: 10.3389/fpls.2016.00612
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Modification of plant cell wall structure accompanied by enhancement of saccharification efficiency using a chemical, lasalocid sodium (2016)
  • Author(s): Okubo-Kurihara, E., Ohtani, M., Kurihara, Y., Kakegawa, K., Kobayashi, M., Nagata, N., Komatsu, T., Kikuchi, J., Cutler, S., Demura,T.and Matsui, M.
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 6 Issue: 1 Pages: 34602-34602
  • DOI: 10.1038/srep34602
  • NAID: 120005867185
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Primary metabolism during biosynthesis of secondary wall polymers of protoxylem vessel elements. (2016)
  • Author(s): Ohtani M., Morisaki K., Sawada Y., Sano R., Uy A.L.T., Yamamoto A., Kurata T., Nakano Y., Suzuki S., Matsuda M., Hasunuma T., Hirai M.Y., Demura T.
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: 172 Issue: 3 Pages: 1612-1624
  • DOI: 10.1104/pp.16.01230
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] NAC転写因子VNSファミリーが語る陸上植物の通水細胞進化の物語 (2016)
  • Author(s): 大谷美沙都、出村拓
  • Journal Title: 植物科学の最前線 Volume: 7
• [Journal Article] NAC-MYB-based transcriptional regulation of secondary cell wall biosynthesis in land plants. (2015)
  • Author(s): Nakano Y, Yamaguchi M, Endo H, Rejab NA, Ohtani M
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 6 Pages: 288-288
  • DOI: 10.3389/fpls.2015.00288
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Possible contribution of TED6 and TED7, secondary cell wall-related membrane proteins, to evolution of tracheary element in angiosperm lineage (2015)
  • Author(s): Rejab NA, Nakano Y, Yoneda A, Ohtani M, Demura T
  • Journal Title: Plant Biotechnology Volume: 32 Issue: 4 Pages: 343-347
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.15.0826a
  • NAID: 130005115902
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] セミナー室「植物細胞壁」植物細胞壁：細胞壁形成の設計図～転写制御機構～ (2015)
  • Author(s): 出村 拓、大谷 美沙都
  • Journal Title: 化学と生物 Volume: 53 Pages: 313-318
• [Presentation] 仮道管形成分子機構理解に向けたテーダマツVNS 遺伝子の解析 (2017)
  • Author(s): 秋吉 信宏、中野 仁美、﨔田 雄佑、大谷 美沙都、出村 拓
  • Organizer: 第58回日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 鹿児島（鹿児島）、鹿児島大学
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] Analysis of Dof transcription factors regulating property of secondary cell walls (2017)
  • Author(s): Vasagi Ramachandran, Misato Ohtani, Taku Demura
  • Organizer: 第58回日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 鹿児島（鹿児島）、鹿児島大学
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] サルファメチゾールによる表層微小管配向の攪乱は木部道管細胞分化における二次細胞壁パターン形成異常を引き起こす (2017)
  • Author(s): 家門絵理、大谷美沙都、米田新、出村拓
  • Organizer: 第58回日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 鹿児島（鹿児島）、鹿児島大学
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] タバコBY-2 細胞を用いた道管要素分化過程におけるプロテオーム解析 (2017)
  • Author(s): 野口 真大，深尾 陽一朗，佐野 亮輔，大谷 美沙都，出村 拓
  • Organizer: 第58回日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 鹿児島（鹿児島）、鹿児島大学
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] A genetic screen for suppressor mutants of VND7-mediated xylem vessel cell (2017)
  • Author(s): Pawittra Phookaew, Ryosuke Sano, Takaomi Suzuki, Misato Ohtani, Taku Demura
  • Organizer: 第58回日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 鹿児島（鹿児島）、鹿児島大学
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] トランスオミクスで探る植物道管細胞分化のメカニズム (2017)
  • Author(s): 大谷美沙都
  • Organizer: 立命館大学R-GIRO「90億人時代に向けた気候変動対応型農業の基盤創生」拠点 第1回生物資源・次世代農業セミナー「循環型炭素資源ー植物細胞壁の研究動向」
  • Place of Presentation: 草津（滋賀）、立命館大学
  • Year and Date: 2017-01-21
  • Invited
• [Presentation] ポプラ挿し木苗ポット培養系を用いたテンションウッド形成過程の網羅的遺伝子発現解析 (2016)
  • Author(s): 時田勝広、佐野亮輔、大谷美沙都、久保稔、出村拓
  • Organizer: 日本植物学会第80回大会
  • Place of Presentation: 宜野湾（沖縄）、沖縄コンベンションセンター
  • Year and Date: 2016-09-16
• [Presentation] Genetic isolation of novel regulatory factor for activity of VND7, a master regulator of xylem vessel differentiation (2016)
  • Author(s): Risaku Hirai, Yuto Takenaka, Yuki Sakamoto, Junko Hasegawa, Sachihiro Matsunaga, Misato Ohtani, Taku Demura
  • Organizer: The 4th International Conference on Plant Vascular Biology
  • Place of Presentation: Shenzhen（中国）
  • Year and Date: 2016-07-19
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis of Dof Transcription Factors Regulating the Property of Secondary Cell Walls (2016)
  • Author(s): Vasagi Ramachandran, Misato Ohtani, Taku Demura
  • Organizer: The 4th International Conference on Plant Vascular Biology
  • Place of Presentation: Shenzhen（中国）
  • Year and Date: 2016-07-19
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The role of epigenetic regulation in xylem vessel differentiation (2016)
  • Author(s): Hitoshi Endo, Misato Ohtani, Siobhan M. Brady, Taku Demura
  • Organizer: SEB Brighton 2016
  • Place of Presentation: ブライトン（イギリス）
  • Year and Date: 2016-07-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Disturbance of cortical microtubule orientation by sulfamethizole leads to abnormal secondary cell wall patterning during xylem vessel cell differentiation (2016)
  • Author(s): Eri Kamon, Arata Yoneda, Misato Ohtani, Taku Demura
  • Organizer: SEB Brighton 2016
  • Place of Presentation: ブライトン（イギリス）
  • Year and Date: 2016-07-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Pectin dynamics regulated by endogenous pectate lyases, leading to proper control of cell proliferation in Arabidopsis (2016)
  • Author(s): Misato Ohtani, Haruka Kanzaki, Ryosuke Sano, Taku Demura
  • Organizer: XIV Cell Wall Meeting
  • Place of Presentation: ハニア（ギリシャ）
  • Year and Date: 2016-06-12
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Pectin dynamics regulated by endogenous pectate lyases, leading to proper control of cell proliferation in Arabidopsis (2016)
  • Author(s): Misato Ohtani, Haruka Kanzaki, Ryosuke Sano, Taku Demura
  • Organizer: XIVth Cell Wall Meeting
  • Place of Presentation: ハニア（ギリシャ）
  • Year and Date: 2016-06-12
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis of Dof transcription factors regulating property of secondary cell walls (2016)
  • Author(s): Vasagi Ramachandran, Misato Ohtani, Taku Demura
  • Organizer: 第57回日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 岩手大学（岩手県盛岡市）
  • Year and Date: 2016-03-18
• [Presentation] Analysis of VNS genes in Pinus taeda toward understanding of tracheid differentiation (2016)
  • Author(s): Nobuhiro Akiyoshi, Yoshimi Nakano, Yusuke Kunikida, Misato Ohtani, Taku Demura
  • Organizer: 第57回日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 岩手大学（岩手県盛岡市）
  • Year and Date: 2016-03-18
• [Presentation] VND7過剰発現による致死性を抑圧する因子PLANT U-BOXの解析 (2015)
  • Author(s): 鈴木崇臣, 竹林有理佳, 佐野亮輔, 坂本智昭, 倉田哲也, 大谷美沙都, 出村拓
  • Organizer: 日本植物学会第79回大会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ（新潟県新潟市）
  • Year and Date: 2015-09-06
• [Presentation] カルス形成に関与するペクチンリアーゼ遺伝子の解析 (2015)
  • Author(s): 神崎明花、出村拓、大谷美沙都
  • Organizer: 日本植物学会第79回大会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ（新潟県新潟市）
  • Year and Date: 2015-09-06
• [Presentation] Comprehensive proteomic approach for understanding xylem vessel cell differentiation (2015)
  • Author(s): Masahiro Noguchi, Yoshimi Nakano, Nobuko Shizawa, Masayuki Fujiwara, Youichiro Fukao, Ryosuke Sano, Arata Yoneda, Ko Kato, Minoru Kubo, Misato Ohtani, Taku Demura
  • Organizer: 5th International Conference on Proteomics & Bioinformatics
  • Place of Presentation: バレンシア（スペイン）
  • Year and Date: 2015-09-03
  • Int'l Joint Research
• [Book] 植物細胞壁実験法 (2016)
  • Author(s): 大谷 美沙都
  • Total Pages: 404
  • Publisher: 弘前大学出版会