イネの葉における発生制御機構の遺伝学的解析

• Project Area: Multidimensional Exploration of Logics of Plant Development
• Project/Area Number: 16H01230
• 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: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 伊藤 純一 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (30345186)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥10,140,000 (Direct Cost: ¥7,800,000、Indirect Cost: ¥2,340,000); Fiscal Year 2017: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2016: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
• Keywords: 植物 / イネ / 発生・分化 / 葉 / 遺伝学

Outline of Annual Research Achievements

葉の形態は植物種間で極めて多様であり、この多様性はいかに植物が発生の遺伝システムを柔軟に利用してきたかを示す好例であり、その分子遺伝学的制御機構を解き明かすことは、植物発生ロジックの理解の深化につながる。本研究ではイネの葉の形態形成の鍵となる遺伝子の探索と機能解析を通して、イネの葉の発生過程に関わる遺伝システムの理解を深めると共に、植物種間の多様性について理解することを目的ととして解析を行った。
葉の葉縁方向の形態形成に働くLSY1遺伝子の解析においては、これまでの機能解析によりLSY1遺伝子が若い葉原基の葉縁で発現し、向背軸性に関わる遺伝子の発現を制御することによって葉縁形成に関与することが示唆されていたが、更にLSY1ホモログの変異体であるnal2 と nal3との三重変異体を作成してその表現型を解析したところ、遺伝子の発現パターンが重複するのにも関わらず、葉縁の表現型は相加的であることが明らかとなった。一方で、三重変異体でのみ葉の表面構造に異常が認められたことから、イネの３つのWOX3ホモログは葉縁形成に関しては機能分化しているが、一部の形質に関しては機能重複していることが明らかとなった。
葉の細胞増殖を制御するMKB3遺伝子の解析においては、mkb3変異体の詳細な表現型解析によって、葉における機能はイネMKB3とシロイヌナズナの相同遺伝子であるAN3の間で保存されていることが明らかとなった。一方、MKB3遺伝子の発現パターン、GFPの融合タンパクの局在の調査から、イネMKB3タンパクとシロイヌナズナAN3はどちらとも細胞間を移動するが、その移動方向は逆転していることが明らかとなった。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Conserved functional control, but distinct regulation of cell proliferation in rice and Arabidopsis leaves revealed by comparative analysis of GRF-INTERACTING FACTOR 1 orthologs. (2018)
  • Author(s): Shimano, S., Hibara, K., Furuya, T., Arimura, S., Tsukaya,H. and Itoh, J.I.
  • Journal Title: Development Volume: 175 Issue: 7 Pages: 159624-159624
  • DOI: 10.1242/dev.159624
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Rice leaf hydrophobicity and gas films are conferred by a wax synthesis gene (LGF1) and contribute to flood tolerance. (2018)
  • Author(s): Kurokawa, Y., Nagai, K., Huan, P. D., Shimazaki, K., Qu, H., Mori, Y., Toda, Y., Kuroha, T., Hayashi, N., Aiga, S., Itoh, J.-i., Yoshimura, A., Sasaki-Sekimoto, Y., Ohta, H., Shimojima, M., Malik, A. I., Pedersen, O., Colmer, T. D. and Ashikari, M.
  • Journal Title: New Phytologist Volume: － Issue: 4 Pages: 1558-1569
  • DOI: 10.1111/nph.15070
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Genetic Mechanisms Involved in the Formation of Root System Architecture. (2018)
  • Author(s): Kitomi, Y., Itoh, JI., Uga, Y.
  • Journal Title: In: Sasaki T., Ashikari M. (eds) Rice Genomics, Genetics and Breeding. Volume: － Pages: 241-274
• [Journal Article] LEAF LATERAL SYMMETRY1, a member of the WUSCHEL-RELATED HOMEOBOX3 gene family, regulates lateral organ development differentially from other paralogs, NARROW LEAF2 and NARROW LEAF3 in rice. (2017)
  • Author(s): Eriko, H., Yew, C.L., Yoshikawa, T., Sato, Y., Hibara, K. and Itoh, J.I.
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 59 Issue: 2 Pages: 376-391
  • DOI: 10.1093/pcp/pcx196
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Barley <i>NARROW LEAFED DWARF1</i> encoding a WUSCHEL-RELATED HOMEOBOX 3 (WOX3) regulates the marginal development of lateral organs (2016)
  • Author(s): Yoshikawa, T., Tanaka, S., Masumoto, Y., Nobori, N., Ishii, H., Hibara, K., Itoh, J., Tanisaka, T., and Taketa, S.
  • Journal Title: Breeding Science Volume: 66 Issue: 3 Pages: 416-424
  • DOI: 10.1270/jsbbs.16019
  • NAID: 130005160889
  • ISSN: 1344-7610, 1347-3735
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Jasmonate regulates juvenile-adult phase transition in rice. (2016)
  • Author(s): Hibara, K., Isono, M., Mimura, M., Sentoku, N., Kojima, M., Sakakibara, H., Kitomi, Y., Yoshikawa, T., Itoh, J., and Nagato, Y.
  • Journal Title: Development Volume: 143 Pages: 3407-3416
  • DOI: 10.1242/dev.138602
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] イネの葉における撥水性の制御機構と多様性の解析 (2017)
  • Author(s): 平岩飛鳥・相賀彩織・佐藤豊・伊藤純一
  • Organizer: 日本育種学会 132回講演会
• [Presentation] embryoless変異体を用いたイネの胚・胚乳サイズ比率制御機構の解析 (2017)
  • Author(s): 金川真美・松本和也・石川亮・伊藤純一・桧原健一郎
  • Organizer: 日本育種学会 132回講演会
• [Presentation] イネの胚性器官に異常を示す変異体の解析 (2016)
  • Author(s): 伊久力也，伊藤純一，桧原健一郎
  • Organizer: 日本育種学会
  • Place of Presentation: 鳥取大学（鳥取県 鳥取市）
• [Presentation] イネにおけるLOG遺伝子ホモログの発現解析 (2016)
  • Author(s): 横田 絢，伊藤純一，桧原健一郎
  • Organizer: 日本育種学会
  • Place of Presentation: 鳥取大学（鳥取県 鳥取市）