植物の幹細胞新生を統御する分子ネットワークの解明

• Project Area: Principles of pluripotent stem cells underlying plant vitality
• Project/Area Number: 20H04882
• 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: Nagoya University (2021); The University of Tokyo (2020)
• Principal Investigator: 下遠野 明恵 名古屋大学, トランスフォーマティブ生命分子研究所, 特任講師 (70647544)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000); Fiscal Year 2021: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2020: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
• Keywords: 幹細胞 / 分化 / 分子ネットワーク / シグナル伝達 / 分子細胞生物学 / 植物生理学 / 発生・分化 / 成長制御 / 環境 / 応用分子細胞生物学

Outline of Research at the Start

植物幹細胞の構築における分子機構をゲノム恒常性の観点から解析を行うことによって、これまで明らかにされてこなかった組織という『場』の制約の中で起こる細胞の初期化と幹細胞の新生に寄与する未知の制御系の解明を目指す。さらに、動物幹細胞の新生・維持機構との類似点や植物幹細胞の独自性を比較検証することで、植物の幹細胞能獲得に至る仕組みを明らかにし、当該新学術領域の目指す多能性幹細胞の基盤原理の解明に貢献する。

Outline of Annual Research Achievements

二年の研究機関では、主に根の幹細胞ニッチの場の形成に必要不可欠と考えられる鍵転写因子複合体の分子機能を足がかりにして、植物細胞がどのように幹細胞性を獲得し、微小環境（ニッチ）を形成するのかに着目して研究を行なってきた。
通常の発生過程において、これらの鍵となる因子群は根の幹細胞形成に先行して発現し、将来幹細胞ニッチとなる場所で発現量が最大となる。これらの因子を異所的に強制発現させると、幹細胞新生を誘導し、根様の組織形成がみられるといった予備的な結果も得た。逆にこれらの機能欠損変異株では細胞初期化能が著しく低下していることも見出した。したがって、この鍵転写因子複合体のシグナルの下流には、幹細胞ニッチの形成に必須の分子イベントが集約されていることが予想された。
そこで、鍵転写因子複合体を時空間特異的に誘導発現できる系を構築し、下流で起きているイベントを明らかにすべく継時的トランスクリプトーム解析を手がけた。その結果、本タンパク質複合体の下流にはWOX遺伝子のような既知の転写因子群の他に、ホルモン応答関連遺伝子やペプチド分子などが存在することを明らかにした。これらの知見を基に個々の因子の発現解析を詳細におこなった結果、鍵転写因子どうし、ならびにこれらの制御因子の働きを微細に調整する新たなフィードバック制御機構の存在を見いだすことに成功した。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Illuminating the molecular mechanisms underlying shoot apical meristem homeostasis in plants (2022)
  • Author(s): Akie Shimotohno
  • Journal Title: Plant Biotechnology Volume: 39 Issue: 1 Pages: 19-28
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.22.0213a
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • Year and Date: 2022-03-25
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Chemical synthesis of the EPF-family of plant cysteine-rich proteins and late-stage dye attachment by chemoselective amide-forming ligations (2022)
  • Author(s): Kumarswamyreddy Nandarapu、Nakagawa Ayami、Endo Hitoshi、Shimotohno Akie、Torii Keiko U.、Bode Jeffrey W.、Oishi Shunsuke
  • Journal Title: RSC Chemical Biology Volume: 3 Issue: 12 Pages: 1422-1431
  • DOI: 10.1039/d2cb00155a
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Functional Analysis of WIP-mediated Repression of Organ Growth (2023)
  • Author(s): Yujuan Du and Akie Shimotohno
  • Organizer: 日本植物生理学会(JSPP)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The nexus of plant peptide-receptor modules and environmental adaptation (2023)
  • Author(s): Akie Shimotohno
  • Organizer: ICAR
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Deceleration of cell cycle underpins a switch from proliferative- to terminal division in plant stomatal lineage (2022)
  • Author(s): Akie Shimotohno
  • Organizer: 日本植物生理学会(JSPP)
  • Int'l Joint Research / Invited