Elucidation of mechanisms that confer pericycle stemness

• Project Area: Principles of pluripotent stem cells underlying plant vitality
• Project/Area Number: 18H04837
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 柿本 辰男 大阪大学, 理学研究科, 教授 (70214260)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000); Fiscal Year 2019: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2018: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
• Keywords: 内鞘細胞 / 幹細胞 / 転写因子 / 植物 / 細胞周期 / 側根 / オーキシン

Outline of Annual Research Achievements

植物の細胞は全能性を持っていると言われるがすべての細胞が全能性を持っているわけではない。多くの場合、分化に伴う核内倍加によって増殖、再生能力を失うと考えられている。一方、幹細胞は増殖、再生のポテンシャルを維持している。内鞘細胞は側根形成能力を持つ幹細胞であり、シロイヌナズナでは道管側の内鞘細胞(xylem-pole pericycle: XPP細胞)のみが幹細胞としての機能を持っているが、オーキシンシグナルを受けるまでは静止している。オーキシンシグナルを受けると不等分裂を起こし、小さい方の細胞の子孫が将来の側根原基を形成する。XPP以外の根の細胞はオーキシンに応答した分裂をおこさない。ここでは、内鞘細胞がこの特殊な幹細胞性機能を発揮する分子機構を明らかにすることが研究の目的である。内鞘細胞の幹細胞性を支配するマスターレギュレーターの同定は本研究の核心的課題である。シロイヌナズナの根では、オーキシンを与えた時に細胞分裂をするのはXPPのみである。私たちは、過剰発現した時にない内鞘細胞以外の細胞でもXPP特異的に発現するマーカー遺伝子が異所的に発現させる転写制御因子群を見出し、PERICYCLE FACTORs (PEFs)と名付けた。また、PEFの過剰発現は、XPP以外の細胞にもオーキシン応答性細胞分裂能を与える。PEFsは内鞘細胞で優先的に発現しており、PEF転写制御因子群の多重変異体はオーキシン応答性細胞分裂能と側根形成能が大きく損なわれていた。これらのことから、PEFsはXPPの幹細胞性を支配する鍵因子であると言える。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 清華大学/陜西師範大学(中国)
• [Int'l Joint Research] Masaryk University(チェコ)
• [Journal Article] The CLE9/10 secretory peptide regulates stomatal and vascular development through distinct receptors. (2018)
  • Author(s): Qian P, Song W, Yokoo T, Minobe A, Wang G, Ishida T, Sawa S, Chai Jijie; Kakimoto T.
  • Journal Title: Nature Plants Volume: 4 Issue: 12 Pages: 1071-1081
  • DOI: 10.1038/s41477-018-0317-4
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cytokinin signalling regulates organ identity via the AHK4 receptor in Arabidopsis. Development. (2018)
  • Author(s): Pernisova M, Grochova M, Konecny T, Plackova L, Harustiakova D, Kakimoto T, Heisler MG, Novak O, Hejatko J.
  • Journal Title: Development Volume: 145 Issue: 14
  • DOI: 10.1242/dev.163907
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Asymmetric Auxin Distribution is Not Required to Establish Root Phototropism in Arabidopsis (2018)
  • Author(s): Taro Kimura、Ken Haga、Yasushi Shimizu-Mitao、Yumiko Takebayashi、Hiroyuki Kasahara、Ken-ichiro Hayashi、Tatsuo Kakimoto、Tatsuya Sakai
  • Journal Title: Plant & Cell Physiology Volume: 59 Issue: 4 Pages: 828-840
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy018
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Identification of key transcription factors that determine pericycle stem cell identity in Arabidopsis. (2020)
  • Author(s): Ye Zhang, Nobutaka Mitsuda, Takeshi Yoshizumi, Youichi Kondou, Masaru Takagi, Minami Matsui, Tatsuo Kakimoto
  • Organizer: 第61回日本植物生理学会年会
• [Presentation] シロイヌナズナの葉形態形成におけるR I P タンパク質の機能解析 (2020)
  • Author(s): 哈斯其木格，柿本辰男
  • Organizer: 第61回日本植物生理学会年会
• [Presentation] Identification of Key transcription factors that determine pericycle stem cell potential in Arabidopsis (2019)
  • Author(s): Ye Zhang, Nobutaka Mitsuda, Takeshi, Yoshizumi, Yoichi Kondo,Masaru Takagi, Minami Matsui, Tatsuo Kakimoto
  • Organizer: 第60回植物生理学会
• [Remarks] 大阪大学大学院理学研究科生物科学専攻植物生長生理学研究室
  • URL: http://www.bio.sci.osaka-u.ac.jp/bio_web/lab_page/cell_physiol/sitepg/Kakimoto_Lab/homu.html