葉形成におけるETTIN遺伝子の抑制を介した細胞分化と分裂の制御機構の解明

• Project Area: Multidimensional Exploration of Logics of Plant Development
• Project/Area Number: 16H01246
• 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: Chubu University
• Principal Investigator: 小島 晶子 中部大学, 応用生物学部, 准教授 (10340209)
• 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 / 発生・分化 / シロイヌナズナ / DNAメチル化 / 葉 / エピジェネティクス / サイトカイニン / 遺伝子 / 転写抑制 / 細胞分裂 / 転写制御 / マイクロアレイ / ケミカルバイオロジー / 遺伝子ネットワーク

Outline of Annual Research Achievements

双子葉植物では葉原基での向背軸（表裏）の確立が、その後の葉の形態形成に必要であると考えられる。本研究課題では、葉の形づくりの分子機構を明らかにするため、シロイヌナズナの葉原基で核タンパク質ASYMMETRIC LEAVES1(AS1)とAS2により、葉の裏側因子であるETTIN (ETT)/ARF3が抑制され、葉の表側の細胞分化と細胞分裂が制御される機構について研究を行った。
今年度は、野生型と変異体のETT exon 6 のDNAメチル化レベルを次世代シーケンスを用いて解析し、as1, as2のmodifier因子である核小体タンパク質NUCLEOLIN1 (NUC1), RNA HELICASE10が、AS2とは独立にETT DNAメチル化の維持に関わることを示した。コード領域のDNAメチル化を介した遺伝子発現制御は、これまで報告のほとんどない例である。さらに、AS2タンパク質のAS2ドメインがETT exon 1のCpG配列に特異的に結合することが明らかとなった。今後は、AS2のDNA結合とDNAメチル化との関連を解析することで、新しい発現制御機構への理解が深まると期待される。
ETTの下流因子に関する解析として、mETT-GR誘導系を用いてRNA-seqによる発現解析を行った結果、CDK阻害タンパク質遺伝子KRP5はETTにより間接的に制御されると考えられた。また、野生型と葉の表裏の分化に異常のあるas2 eal 変異体の茎頂部でのサイトカイニン応答をレポーターTCSn:GFPを用いて比較した。その結果、野生型に比べて変異体で、より強いサイトカイニン応答が検出された。従ってETTの下流でサイトカイニン合成酵素遺伝子IPT3が抑制され、茎頂メリステムでのサイトカイニン応答が抑制されることが、葉の発生・分化にとって重要であると考えられた。

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

• [Int'l Joint Research] Universidad Mguel Hernandez(スペイン)
• [Journal Article] A genetic link between epigenetic repressor AS1–AS2 and DNA replication factors in establishment of adaxial–abaxial leaf polarity of <i>Arabidopsis</i> (2018)
  • Author(s): Luong Quy Toan, Keta Sumie, Asai Toshiharu, Kojima Shoko, Nakagawa Ayami, Micol Jose, Xia Shitou, Machida Yasunori, Machida Chiyoko
  • Journal Title: Plant Biotechnology Volume: 35 Issue: 1 Pages: 39-49
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.18.0129b
  • NAID: 130006727681
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Arabidopsis Zinc-Finger-Like Protein ASYMMETRIC LEAVES2 (AS2) and Two Nucleolar Proteins Maintain Gene Body DNA Methylation in the Leaf Polarity Gene ETTIN (ARF3) (2018)
  • Author(s): Vial-Pradel Simon、Keta Sumie、Nomoto Mika、Luo Lilan、Takahashi Hiro、Suzuki Masataka、Yokoyama Yuri、Sasabe Michiko、Kojima Shoko、Tada Yasuomi、Machida Yasunori、Machida Chiyoko
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: Epub ahead of print Pages: 1385-1397
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy031
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A genetic link between epigenetic repressor AS1-AS2 and a putative small subunit processome in leaf polarity establishment of Arabidopsis (2016)
  • Author(s): Matsumura Y., Ohbayashi I., Takahashi H., Kojima S., Ishibashi N., Keta S., Nakagawa A., Hayashi R., Saez-Vasquez J., Echeverria M., Sugiyama M., Nakamura K., Machida C. and Machida Y.
  • Journal Title: Biol. Open Volume: 5 Issue: 7 Pages: 942-954
  • DOI: 10.1242/bio.019109
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] シロイヌナズナのzinc-finger様タンパク質AS2と核小体タンパク質は葉の裏側化因子ETT/ARF3のgene body DNAメチル化維持に関わる. (2018)
  • Author(s): 町田千代子・Simon Vial-Pradel・高橋広夫・鈴木雅貴・安藤沙友里・小島晶子・町田泰則.
  • Organizer: 第59回日本植物生理学会年会
• [Presentation] Zinc-finger様タンパク質であるAS2はETT/ARF3遺伝子のコード領域にある CpGリピートに結合する. (2018)
  • Author(s): 町田泰則・Simon Vial-Pradel・野元美佳・多田安臣・小島晶子・町田千代子.
  • Organizer: 第59回日本植物生理学会年会
• [Presentation] AS2相同遺伝子の解析. (2018)
  • Author(s): 小島晶子・吉田みのり・水野翠・吉野有紀・笹部美知子・町田泰則・町田千代子.
  • Organizer: 第59回日本植物生理学会年会
• [Presentation] シロイヌナズナの葉の向背軸分化におけるAS1-AS2-ETT経路下流因子の解析. (2018)
  • Author(s): 西本珠美・石橋奈々子・小嶋美紀子・高橋広夫・榊原均・町田泰則・町田千代子・小島晶子.
  • Organizer: 第59回日本植物生理学会年会
• [Presentation] シロイヌナズナのAS1-AS2が関わる葉の向背軸分化におけるDNAメチル化と DNA損傷応答. (2018)
  • Author(s): 山川美里・氣田澄江・Simon Vial-Pradel・小島晶子・町田泰則・町田千代子.
  • Organizer: 第59回日本植物生理学会年会
• [Presentation] AS1、AS2が関わる葉の向背軸分化とDNAメチル化における核小体タンパク質 NUCLOLINI(NUC1)とRNA helicase RH10 の役割の解明. (2018)
  • Author(s): 鈴木雅貴・Simon Vial-Pradel・原山拓巳・小島晶子・町田泰則・町田千代子.
  • Organizer: 第59回日本植物生理学会年会
• [Presentation] シロイヌナズナのAS1-AS2による葉の向背軸分化と細胞分裂制御 (2017)
  • Author(s): 中川彩美・高橋広夫・ビアル-プラデル シモン・森本麻莉・小島晶子・町田泰則・町田千代子
  • Organizer: 第58回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学（鹿児島県鹿児島市）
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] シロイヌナズナのAS1-AS2-ETT 経路を介した葉形成におけるKRP5の役割 (2017)
  • Author(s): 西本珠美・石橋奈々子・中川彩美・高橋広夫・町田泰則・町田千代子・小島晶子
  • Organizer: 第58回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学（鹿児島県鹿児島市）
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] シロイヌナズナの葉の向背軸性の確立にはAS1-AS2-ETT経路を介したIPT3の転写抑制が必要である (2017)
  • Author(s): 小島晶子・石橋菜々子・西本珠美・香田佳那・中川彩美・小嶋美紀子・高橋広夫・榊原均・町田泰則・町田千代子
  • Organizer: 第58回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学（鹿児島県鹿児島市）
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] Genetic and molecular interactions between nucleolar factors and AS1-AS2 for regulation of ETT/ARF3 expression in establishment of leaf polarity in Arabidopsis thaliana. (2017)
  • Author(s): Vial-Pradel S., Keta S., Nakagawa A., Suzuki M., Matsumura Y., Kojima S., Machida Y. and Machida C.
  • Organizer: Bilateral Closure Symposium of GDRI Integrative Plant Biology Network, Lyon
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Epigenetic repressor AS1-AS2 and nucleolar factors control ARF3 in leaf development of Arabidopsis Nucleolar protein NUC1 are involved in maintenance of DNA methylation of ARF3 gene with AS1-AS2. (2017)
  • Author(s): Vial-Pradel S., Keta S., Matsumura Y., Takahashi H., Kojima S., MachidaY., Machida C.
  • Organizer: 日本植物学会第81回大会
• [Presentation] シロイヌナズナの葉形成におけるAS1-AS2-ETT/ARF3下流因子の解析. (2017)
  • Author(s): 小島晶子・西本珠美・石橋奈々子・高橋広夫・中川彩美・町田泰則・町田千代子
  • Organizer: 日本植物学会第81回大会
• [Presentation] Epigenetic repressor AS1-AS2 and DNA replication factors control ARF3 in leaf development DNA replication factors are involved in repression of ARF3 and KRP5 with AS1-AS2 in leaf development. (2017)
  • Author(s): Machida C., Nakagawa A., Luong Quy T., Takahashi H., Kojima S., Machida Y.
  • Organizer: 日本植物学会第81回大会
• [Presentation] シロイヌナズナの葉の形成ではAS1-AS2-ETT経路がサイトカイニン合成を制御する. (2017)
  • Author(s): 小島晶子・西本珠美・香田佳那・石橋奈々子・高橋広夫・小嶋美紀子・榊原 均・町田泰則・町田千代子.
  • Organizer: 第40回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 葉形成に関わるepigenetic因子AS2の核顆粒と核への局在におけるzn-finger-様motifの領域の役割. (2017)
  • Author(s): 町田泰則・小島晶子・Lilan Luo・安藤沙友里・町田千代子.
  • Organizer: 第40回日本分子生物学会年会
• [Presentation] エピジェネテック因子AS1-AS2によるCDK inhibitorの抑制制御は葉の向背軸分化と細胞分裂に重要である. (2017)
  • Author(s): 町田千代子・中川彩美・Simon Vial-Pradel・高橋広夫・西本珠美・町田泰則・小島晶子.
  • Organizer: 第40回日本分子生物学会年会
• [Presentation] The nucleolus and plant-specific nuclear protein complex AS1-AS2 play a critical role in establishment of the dorso-ventral polarity of Arabidopsis leaves. (2016)
  • Author(s): Machida Y., Matsumura Y., Ohbayashi I., Takahashi H., Kojima S., Nakagawa A., Keta S., Hayashi R., Sugiyama M., Nakamura K., Machida C.
  • Organizer: The 39th Annual Meeting of the Molecular Biology Sciety of Japan
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-11-30
• [Presentation] シロイヌナズナの葉の向背軸分化と細胞周期進行におけるAS1-AS2の役割の解析 (2016)
  • Author(s): 中川彩美・高橋広夫・Simon Vial-Pradel・小島晶子・町田泰則・町田千代子
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-11-30
• [Presentation] Epigenetic regulator AS1-AS2 and modifiers control the level of DNA methylation of the ETTIN locus in establishment of leaf adaxial-abaxial polarity in Arabidopsis thaliana. (2016)
  • Author(s): Vial-Pradel S., Nakagawa A., Kojima S., Machida Y., Machida C.
  • Organizer: The 39th Annual Meeting of the Molecular Biology Sciety of Japan.
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-11-30
• [Presentation] シロイヌナズナの葉の細胞分化と分裂の制御機構の解明における発現解析データのデータマイニングの方法の開発 (2016)
  • Author(s): 高橋広夫・中川彩美・伊藤卓馬・小島晶子・町田泰則・町田千代子
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-11-30
• [Presentation] シロイヌナズナの新規成長促進低分子化合物の探索 (2016)
  • Author(s): 川嵜和明・中川彩美・車炳允・禹済泰・永井和夫・小島晶子・町田千代子
  • 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（沖縄県宜野湾市）
  • Year and Date: 2016-09-16
• [Presentation] シロイヌナズナの葉の極性確立における AS1-AS2 複合体と核小体の役割 (2016)
  • Author(s): 町田泰則・松村葉子・大林祝・高橋広夫・小島晶子・中川彩美・林里香・石橋奈々子・杉山宗隆・町田千代子
  • 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（沖縄県宜野湾市）
  • Year and Date: 2016-09-16
• [Presentation] シロイヌナズナの葉の発生・分化に関わる AS1-AS2-ETT 経路とその下流因子の解析 (2016)
  • Author(s): 小島晶子・石橋奈々子・香田佳那・西本珠美・小嶋美紀子・中川彩美・高橋広夫・榊原均・町田泰則・町田千代子
  • 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（沖縄県宜野湾市）
  • Year and Date: 2016-09-16
• [Remarks] 中部大学応用生物学部環境生物科学科 小島晶子研究室
  • URL: http://www3.chubu.ac.jp/faculty/kojima_shoko/
• [Remarks] 中部大学応用生物学部環境生物科学科 教員情報
  • URL: http://www.chubu.ac.jp/about/faculty/profile/0bb6a808c3a5036c19723c0437ccea8e66dba09f.html
• [Remarks] 中部大学応用生物学部環境生物科学科小島晶子研究室
  • URL: http://www3.chubu.ac.jp/faculty/kojima_shoko/
• [Remarks] 中部大学応用生物学部環境生物科学科教員情報
  • URL: http://www.chubu.ac.jp/about/faculty/profile/0bb6a808c3a5036c19723c0437ccea8e66dba09f.html