植物の栄養繁殖をモデルとした再生と幹細胞性の維持機構の解明

• Project Area: Principles of pluripotent stem cells underlying plant vitality
• Project/Area Number: 18H04844
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Kyoto Sangyo University
• Principal Investigator: 木村 成介 京都産業大学, 生命科学部, 教授 (40339122)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000); Fiscal Year 2019: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2018: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
• Keywords: 再生 / 幹細胞 / 栄養繁殖 / 植物

Outline of Annual Research Achievements

アブラナ科のRorippa aquaticaは、ちぎれた葉の根元側からの再生により繁殖する。この過程には特別な条件は必要なく、水分状況さえ適切であれば、葉の切断に応答して植物体が再生する。これは、葉の一部の細胞が幹細胞性を維持しており、切断などの外的刺激に応答して幹細胞の増殖が再開するからであると考えられる。本研究では、R. aquaticaの葉の断片からの再生をモデルとして、植物の再生や多能性幹細胞の維持・増殖のメカニズムを明らかにすることを目指した。主な成果は以下の通りである。
葉片からの再生と幹細胞性維持機構の解析：再生過程の経時的なRNA-seq解析の結果と、植物ホルモンの網羅的定量解析から、再生の初期にはオーキシンとジベレリン、後期のシュートの再生にはサイトカイニンが重要であることがわかった。また、再生の誘導に必要な遺伝子ネットワークを同定するため、葉からの再生をしないシロイヌナズナとの比較トランスクリプトーム解析を行った。
新奇器官である再生繁殖芽の解析： R. aquaticaの茎生葉の葉柄の基部には、腋芽とは別に栄養繁殖に利用される芽（再生芽）がついており、茎生葉が花茎から離脱すると成長して栄養繁殖する。このような再生芽の存在は珍しいため、形態学的な解析を行った。また、RNA-seq解析により、離脱による器官成長の誘導機構について解析した。
植物の再生促進因子の探索と応用：葉片をMS培地に置床すると、普段は再生してこない葉片の先端部側からの再生が促進されることがわかっていたので、MS培地中に含まれる再生促進因子を同定した。また、ケミカルライブラリーから、植物の再生や幹細胞製の維持に影響を与える化合物を探索するためのスクリーニングを準備した。
なお、当初、学会等への参加のための旅費の執行を予定していたが、新型コロナウイルスの影響で中止になったため、未使用金が生じた。

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] エジンバラ大学/Warwick University(英国)
• [Int'l Joint Research] University of California, Davis(米国)
• [Int'l Joint Research] Warwick University/University of Edinburgh(英国)
• [Int'l Joint Research] 中国科学院水生生物研究所(中国)
• [Int'l Joint Research] Masaryk University(チェコ)
• [Journal Article] Titanium dioxide nanoparticles (TiO2 NPs) promote growth and ameliorate salinity stress effects on essential oil profile and biochemical attributes of Dracocephalum moldavica (2020)
  • Author(s): Gohari Gholamreza、Mohammadi Asghar、Akbari Ali、Panahirad Sima、Dadpour Mohammad Reza、Fotopoulos Vasileios、Kimura Seisuke
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Issue: 1
  • DOI: 10.1038/s41598-020-57794-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Impact of Autophagy on Gene Expression and Tapetal Programmed Cell Death During Pollen Development in Rice (2020)
  • Author(s): Hanamata Shigeru、Sawada Jumpei、Ono Seijiro、Ogawa Kazunori、Fukunaga Togo、Nonomura Ken-Ichi、Kimura Seisuke、Kurusu Takamitsu、Kuchitsu Kazuyuki
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 11 Pages: 172-172
  • DOI: 10.3389/fpls.2020.00172
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] ERdj3B-mediated quality control maintains anther development at high temperatures (2020)
  • Author(s): Yamamoto Masaya、Uji Shuhei、Sugiyama Tomoyuki、Sakamoto Tomoaki、Kimura Seisuke、Endo Toshiya、Nishikawa Shuh-ichi
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: － Issue: 4 Pages: 1979-1990
  • DOI: 10.1104/pp.19.01356
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Establishment of an Agrobacterium mediated transformation protocol for the detection of cytokinin in the heterophyllous plant Hygrophila difformis (Acanthaceae) (2020)
  • Author(s): Gaojie Li, Shiqi Hu, Jingjing Yang, Xuyao Zhao, Seisuke Kimura, Elizabeth A. Schultz, Hongwei Hou
  • Journal Title: Plant Cell Reports Volume: -
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Root-knot nematodes modulate cell walls during root-knot formation in Arabidopsis roots (2020)
  • Author(s): Takashi Ishida, Reira Suzuki, Satoru Nakagami, Takeshi Kuroha, Shingo Sakamoto, Miyuki T. Nakata, Ryusuke Yokoyama, Seisuke Kimura, Nobutaka Mitsuda, Kazuhiko Nishitani, Shinichiro Sawa
  • Journal Title: Journal of Plant Research Volume: -
  • NAID: 40022231088
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Reprograming of the developmental program of Rhus javanica during initial stage of gall induction by Schlechtendalia chinensis (2020)
  • Author(s): Tomoko Hirano, Seisuke Kimura, Tomoaki Sakamoto, Ayaka Okamoto, Takumi Nakayama, Yoshihito Suzuki, Issei Ohshima, Masa H. Sato
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: -
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Comparative transcriptome analysis of galls from four different host plants suggests the molecular mechanism of gall development (2019)
  • Author(s): Takeda Seiji、Yoza Makiko、Amano Taisuke、Ohshima Issei、Hirano Tomoko、Sato Masa H.、Sakamoto Tomoaki、Kimura Seisuke
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 14 Issue: 10 Pages: e0223686-e0223686
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0223686
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Molecular Basis for Natural Vegetative Propagation via Regeneration in North American Lake Cress, Rorippa aquatica (Brassicaceae) (2019)
  • Author(s): Amano Rumi、Nakayama Hokuto、Momoi Risa、Omata Emi、Gunji Shizuka、Takebayashi Yumiko、Kojima Mikiko、Ikematsu Shuka、Ikeuchi Momoko、Iwase Akira、Sakamoto Tomoaki、Kasahara Hiroyuki、Sakakibara Hitoshi、Ferjani Ali、Kimura Seisuke
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 61 Issue: 2 Pages: 353-369
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz202
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Developmental analyses of divarications in leaves of an aquatic fern Microsorum pteropus and its varieties (2019)
  • Author(s): Miyoshi Saori、Kimura Seisuke、Ootsuki Ryo、Higaki Takumi、Nakamasu Akiko
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 14 Issue: 1 Pages: e0210141-e0210141
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0210141
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Multichromosomal structure of the onion mitochondrial genome and a transcript analysis (2018)
  • Author(s): Tsujimura Mai、Kaneko Takakazu、Sakamoto Tomoaki、Kimura Seisuke、Shigyo Masayoshi、Yamagishi Hiroshi、Terachi Toru
  • Journal Title: Mitochondrion Volume: - Pages: 179-186
  • DOI: 10.1016/j.mito.2018.05.001
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Plant Temperature Sensors (2018)
  • Author(s): Sakamoto Tomoaki、Kimura Seisuke
  • Journal Title: Sensors Volume: 18 Issue: 12 Pages: 4365-4365
  • DOI: 10.3390/s18124365
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Ser-Gln sites of SOG1 are rapidly hyperphosphorylated in response to DNA double-strand breaks (2018)
  • Author(s): Yoshiyama K. O.、Kimura S.
  • Journal Title: Plant Signaling & Behavior Volume: 13 Issue: 6 Pages: e1477904-e1477904
  • DOI: 10.1080/15592324.2018.1477904
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Rorippa aquatica染色体レベルゲノムアセンブリと比較解析 (2020)
  • Author(s): 坂本智昭、坂本卓也、松永幸大、木村成介
  • Organizer: 第61回日本植物生理学会年会
• [Presentation] Rorippa aquaticaの栄養繁殖におけるシュート再生機構の解析 (2020)
  • Author(s): 小俣恵美、天野瑠美、池松朱夏、桃井理沙、坂本智昭、木村成介
  • Organizer: 第61回日本植物生理学会年会
• [Presentation] 水陸両生アブラナ科植物 Rorippa aquaticaの水没に応答した迅速な気孔形成抑制のメカニズム (2020)
  • Author(s): 池松朱夏、馬瀬樹志、野口楓子、坂本智昭、木村成介
  • Organizer: 第61回日本植物生理学会年会
• [Presentation] Ab-GALFA 法を用いたヌルデの虫こぶ形成機構の解明 (2020)
  • Author(s): 中山拓己、斉藤悠馬、大島一正、鈴木義人、木村成介、松浦恭和、池田陽子、武田征士、平野朋子、 佐藤雅彦
  • Organizer: 第61回日本植物生理学会年会
• [Presentation] アブラナ科 Rorippa aquaticaにみられる傷害誘導性の再生メカニズムの解析 (2020)
  • Author(s): 天野瑠美、桃井理沙、小俣恵美、中原大河、池松朱夏、坂本智昭、木村成介
  • Organizer: 第61回日本植物生理学会年会
• [Presentation] The relationship between phytohormone and plant regeneration in nature in North American lake cress (Rorippa aquatica) (2019)
  • Author(s): Rumi Amano, Hokuto Nakayama, Risa Momoi, Emi Omata, Shizuka Gunji, Yumiko Takebayashi, Tomoaki Sakamoto, Hiroyuki Kasahara, Ali Ferjani, Seisuke Kimura
  • Organizer: International Symposium: Principles of pluripotent stem cells underlying plant vitality
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effect of SOG1 overexpression on DNA damage response in meristematic tissue (2019)
  • Author(s): Kaoru Okamoto Yoshiyama, Naoki Aoshima, Naoki Takahashi, Tomoaki Sakamoto, Masaaki Umeda, Seisuke Kimura
  • Organizer: International Symposium: Principles of pluripotent stem cells underlying plant vitality
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Discovery of a novel meristematic organ on the cauline leaf for natural vegetative reproduction of Rorippa aquatica (2019)
  • Author(s): Shuka Ikematsu, Ami Sasaki, Rumi Amano, Tomoaki Sakamoto, Seisuke Kimura
  • Organizer: International Symposium: Principles of pluripotent stem cells underlying plant vitality
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Plant regeneration in nature: Studies on natural vegetative propagation (2019)
  • Author(s): Seisuke Kimura
  • Organizer: International Symposium: Principles of pluripotent stem cells underlying plant vitality
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Differential gene expression analysis of Arabidopsis seedlings reveals potential involvement of 2-phnylacetic acid in hormone crosstalk (2019)
  • Author(s): Sam Cook, Seisuke Kimura, Hiroyuki Kasahara
  • Organizer: The 23rd International Conference on Plant Growth Substances
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] RNA-seqを用いたゴール形成種-非形成種間での転写産物の比較 (2019)
  • Author(s): 天野泰輔、Antoine Guiguet、濱谷昭寿、坂本 智昭、木村成介、大島一正
  • Organizer: 日本進化学会第21回大会
• [Presentation] アブラナ科植物Rorippa aquaticaの水中適応に伴う、茎生葉上の新奇分裂組織を用いた栄養繁殖 (2019)
  • Author(s): 池松朱夏、佐々木亜美、坂本智昭、木村成介
  • Organizer: 日本育種学会第136回講演会ワークショップ「植物の生殖と環境・ストレス」
  • Invited
• [Presentation] Comprehensive transcriptome analyses of galls from four different host plants suggest common process for gall development (2019)
  • Author(s): Seiji Takeda, Makiko Yoza, Taisuke Amano, Issei Oshima, Tomoko Hirano, Masa H. Sato, Tomoaki Sakamoto, Seisuke Kimura
  • Organizer: The 5 th Joint Symposium on “Basic and Applied Studies of Plant Natural Products for Agriculture and Human Health”
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] アブラナ科Rorippa aquaticaの栄養繁殖に影響を及ぼす要因 (2019)
  • Author(s): 天野瑠美、小俣恵美、中原大河、池松朱夏、坂本智昭、木村成介
  • Organizer: 日本植物形態学会第31回大会
• [Presentation] Rorippa aquaticaの栄養繁殖に見られるサイトカイニン応答 (2019)
  • Author(s): 小俣恵美、天野瑠美、桃井理沙、池松朱夏、榊原均、木村成介
  • Organizer: 日本植物学会第83回大会
• [Presentation] 古倍数性アブラナ科植物 Rorippa aquaticaの染色体レベルゲノムアセンブリ (2019)
  • Author(s): 坂本智昭、坂本卓也、松永幸大、木村成介
  • Organizer: 日本植物学会第83回大会
• [Presentation] 水陸両生植物Rorippa aquaticaにおける水没に応答した気孔形成抑制メカニズムの解析 (2019)
  • Author(s): 馬瀬樹志，野口楓子，池松朱夏，坂本智昭，木村成介
  • Organizer: 日本植物学会第83回大会
• [Presentation] アブラナ科Rorippa aquaticaにみられる傷害誘導性の再生機構の解析 (2019)
  • Author(s): 天野瑠美、中山北斗、桃井理沙、小俣恵美、池松朱夏、坂本智昭、木村成介
  • Organizer: 日本植物学会第83回大会
• [Presentation] アブラナ科植物Rorippa aquaticaの茎生葉上の新奇分裂組織を用いた栄養繁殖 (2019)
  • Author(s): 池松朱夏、佐々木亜美、坂本智昭、木村成介
  • Organizer: 日本植物学会第83回大会
• [Presentation] Developmental and molecular studies on wound-induced regeneration of Rorippa aquatica (2019)
  • Author(s): Rumi Amano, Hokuto Nakayama, Risa Momoi, Shizuka Gunji, Yumiko Takebayashi, Shuka Ikematsu, Tomoaki Sakamoto, Hiroyuki Kasahara, Ali Ferjani, Seisuke Kimura
  • Organizer: Frontiers in plant environmental response research: local signaling, long-distance communication and memory for developmental plasticity
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The suppression mechanism of stomatal development under submerged condition in Rorippa aquatica (2019)
  • Author(s): Tatsushi Umase, Fuko Noguchi, Shuka Ikematsu, Tomoaki Sakamoto, Seisuke Kimura
  • Organizer: Frontiers in plant environmental response research: local signaling, long-distance communication and memory for developmental plasticity
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Developmental analysis of the origin of cauline leaf propagules for vegetative reproduction of Rorippa aquatica (2019)
  • Author(s): Shuka Ikematsu, Ami Sasaki, Rumi Amano, Tomoaki Sakamoto, Seisuke Kimura
  • Organizer: Frontiers in plant environmental response research: local signaling, long-distance communication and memory for developmental plasticity
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Chromosome level genome assembly of palaeopolyploid plant Rorippa aquatica (2019)
  • Author(s): Tomoaki Sakamoto, Takuya Sakamoto, Sachihiro Matsunaga, Seisuke Kimura
  • Organizer: Frontiers in plant environmental response research: local signaling, long-distance communication and memory for developmental plasticity
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 水中への適応形質としての異形葉性と栄養繁殖：非モデル植物のオミクス解析 (2019)
  • Author(s): 木村成介
  • Organizer: バイオインフォマティクス教育セミナー2019
  • Invited
• [Presentation] 環境に応じて変身する植物：Rorippa aquaticaの異形葉性の研究 (2019)
  • Author(s): 木村成介
  • Organizer: 第57回植物バイテクシンポジウム「変身する生き物、変身させる生き物」
  • Invited
• [Presentation] アブラナ科植物Rorippa aquaticaの茎生葉上の新奇分裂組織を用いた栄養繁殖 (2019)
  • Author(s): 池松朱夏、佐々木亜美、天野瑠美、坂本智昭、木村成介
  • Organizer: 第60回日本植物生理学会年会
• [Presentation] Rorippa aquaticaの栄養繁殖を調節する植物ホルモンの解析 (2019)
  • Author(s): 天野瑠美、中山北斗、桃井理沙、郡司玄、竹林裕美子、坂本智昭、笠原博幸、榊原均、Ali Ferjani、木村成介
  • Organizer: 第60回日本植物生理学会年会
• [Presentation] 水陸両生植物R. aquaticaの水没に応答した気孔形成抑制メカニズムの解明 (2019)
  • Author(s): 馬瀬樹志、池松朱夏、野口楓子、坂本智昭、木村成介
  • Organizer: 第60回日本植物生理学会年会
• [Presentation] Adaptation of plants to aquatic environments: Studies on heterophylly and vegetative propagation in semi-aquatic plant, Rorippa aquatica (2018)
  • Author(s): Seisuke Kimura, Ikematsu Shuka, Tomoaki Sakamoto, Rumi Amano
  • Organizer: The 46th Naito Conference on “Mechanisms of Evolution and Biodiversity”
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 植物DNA損傷応答のマスターレギュレーターSOG1が果たす役割 (2018)
  • Author(s): 愿山(岡本)郁、坂本智昭、上ノ山華織、木村成介
  • Organizer: 日本遺伝学会第90回大会
• [Presentation] Rorippa aquaticaを用いた葉断面からの栄養繁殖機構の解析 (2018)
  • Author(s): 天野瑠美、中山北斗、桃井理沙、郡司玄、竹林裕美子、坂本智昭、笠原博幸、Ali Ferjani、木村成介
  • Organizer: 日本植物学会第82回大会
• [Presentation] 水陸両生植物Rorippa aquaticaにおける水没に応答した気孔形成抑制メカニズムの解析 (2018)
  • Author(s): 馬瀬樹志、野口楓子、池松朱夏、坂本智昭、木村成介
  • Organizer: 日本植物学会第82回大会
• [Presentation] 異形葉性植物Rorippa aquaticaの比較ゲノム解析 (2018)
  • Author(s): 坂本智昭、木村成介
  • Organizer: 日本植物学会第82回大会
• [Presentation] Rorippa aquaticaの温度移行に応答した葉形決定メカニズムの解析 (2018)
  • Author(s): 池松朱夏、北野つくし、坂本智昭、笠原博幸、木村成介
  • Organizer: 日本植物学会第82回大会
• [Remarks] 研究代表者者のホームページ
  • URL: https://www.seisukekimura.com
• [Remarks] 挿し木などに応用される植物の生殖方法「栄養繁殖」のメカニズムを解明
  • URL: https://www.u-presscenter.jp/2019/12/post-42886.html
• [Remarks] つくばサイエンスニュース「わかる科学」 「ちぎれた葉から、どのようにクローン個体が再生されるのか？」
  • URL: http://www.tsukuba-sci.com/
• [Remarks] 京産大など、クローン再生過程における植物ホルモンの働きを解明
  • URL: http://tenbou.nies.go.jp/news/jnews/detail.php?i=28308
• [Remarks] 「栄養繁殖」の仕組み解明 植物ホルモンが働き―京都産大など
  • URL: https://www.jiji.com/jc/article?k=2019112200319&g=soc
• [Remarks]
  • URL: https://www.seisukekimura.com