花幹細胞の増殖抑制におけるオーキシンの作用機序

• Project Area: Principles of pluripotent stem cells underlying plant vitality
• Project/Area Number: 20H04888
• 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: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 伊藤 寿朗 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (90517096)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000); Fiscal Year 2021: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2020: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
• Keywords: 発現制御 / 発生・分化 / 花幹細胞 / オーキシン / 発生分化

Outline of Research at the Start

植物は種子を形成するために、花において旺盛な幹細胞の増殖活性を自ら停止し、生殖器官を分化させる。本提案研究は、シロイヌナズナ花幹細胞の増殖抑制過程における植物ホルモンオーキシンの作用機序の解明をめざす。これまでに申請者は、花発生における幹細胞の2つの制御因子SUPとCRCが、オーキシン量の調節に作用していることを示してきたが、オーキシンの幹細胞制御における作用機構は未解明のままである。本提案では、花幹細胞の終結時における発生時期特異的なオーキシンのダイナミクス、下流の遺伝学的な経路、細胞生物学的な機能を明らかにすることで、オーキシンの作用機構を解明する。

Outline of Annual Research Achievements

植物は種子を形成するために、花において旺盛な幹細胞の増殖活性を自ら停止し、生殖器官を分化させる。特に、幹細胞を取り囲むように発現するSUPERMAN(SUP)転写因子の非細胞自立的に作用する植物ホルモンの制御機構に着目して、SUP下流の解析を行った。これまでにSUPは花発生の若い時期においてH3K27me3を導入するポリコム複合体と相互作用して、オーキシンの合成酵素遺伝子の転写を抑制することを明らかにしていたが、花発生中期においても発現し続けており、その作用は不明であった。花発生の同調系を使用したRNA-seqおよびChIP-seqにより、花発生中期のステージ6において、SUPはサイトカイニンのシグナル伝達を制御するARABIDOPISIS HISTIDINE PHOSPHOTRANSFER PROTEIN6 (AHP6)やオーキシンのシグナル伝達を制御するANT-LIKE 6 (AIL6)遺伝子、DORNROSCHEN-LIKE (DRNL)遺伝子が同定された。ステージ6のsup変異体の花において、pAHP6::GFPは花メリステムの周縁部から異所的に形成される雄しべ原基で強い異所的な発現パターンを示した。AHP6と呼応してサイトカイニンレポーターであるTCSの発現が雄しべ原基で減少していることを観察した。さらに、ahp6変異はsup変異体の表現型を部分的に相補した。これらの知見は、SUPの下流にてオーキシンおよびサイトカイニンが花発生の時期特異的にダイナミックな変動を示し、幹細胞の抑制に機能していることを示している。

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

• [Int'l Joint Research] 韶関学院(中国)
• [Journal Article] Dynamic Changes in Reactive Oxygen Species in the Shoot Apex Contribute to Stem Cell Death in Arabidopsis thaliana (2022)
  • Author(s): Wang Yukun、Shirakawa Makoto、Ito Toshiro
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 23 Issue: 7 Pages: 3864-3864
  • DOI: 10.3390/ijms23073864
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The Cell Differentiation of Idioblast Myrosin Cells: Similarities With Vascular and Guard Cells (2022)
  • Author(s): Shirakawa Makoto、Tanida Mai、Ito Toshiro
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 12 Pages: 829541-829541
  • DOI: 10.3389/fpls.2021.829541
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Robust control of floral meristem determinacy by position-specific multifunctions of KNUCKLES (2021)
  • Author(s): Shang Erlei、Wang Xin、Li Tinghan、Guo Fengfei、Ito Toshiro、Sun Bo
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 118 Issue: 36
  • DOI: 10.1073/pnas.2102826118
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Expression profiling of H3K27me3 demethylase genes during plant development and in response to environmental stress in Arabidopsis (2021)
  • Author(s): Yamaguchi Nobutoshi、Ito Toshiro
  • Journal Title: Plant Signaling & Behavior Volume: 16 Issue: 11
  • DOI: 10.1080/15592324.2021.1950445
  • NAID: 120007161275
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Homology-based interactions between small RNAs and their targets control dominance hierarchy of male determinant alleles of self-incompatibility in Arabidopsis lyrata, (2021)
  • Author(s): Kobayashi, R., Yasuda, S., Ito, T., Wada, Y., Takayama, S.
  • Journal Title: Int. J. Mol. Sci. Volume: 22 Issue: 13 Pages: 6990-6990
  • DOI: 10.3390/ijms22136990
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] H3K27me3 demethylases alter HSP22 and HSP17.6C expression in response to recurring heat in Arabidopsis (2021)
  • Author(s): Yamaguchi Nobutoshi、Matsubara Satoshi、Yoshimizu Kaori、Seki Motohide、Hamada Kouta、Kamitani Mari、Kurita Yuko、Nomura Yasuyuki、Nagashima Kota、Inagaki Soichi、Suzuki Takamasa、Gan Eng-Seng、To Taiko、Kakutani Tetsuji、Nagano Atsushi J.、Satake Akiko、Ito Toshiro
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 12 Issue: 1 Pages: 3480-3480
  • DOI: 10.1038/s41467-021-23766-w
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] JMJ Histone Demethylases Balance H3K27me3 and H3K4me3 Levels at the HSP21 Locus during Heat Acclimation in Arabidopsis (2021)
  • Author(s): Yamaguchi Nobutoshi、Ito Toshiro
  • Journal Title: Biomolecules Volume: 11 Issue: 6 Pages: 852-852
  • DOI: 10.3390/biom11060852
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Plant stem cell research is uncovering the secrets of longevity and persistent growth (2021)
  • Author(s): Umeda Masaaki、Ikeuchi Momoko、Ishikawa Masaki、Ito Toshiro、Nishihama Ryuichi、Kyozuka Junko、Torii Keiko U.、Satake Akiko、Goshima Gohta、Sakakibara Hitoshi
  • Journal Title: The Plant Journal Volume: Online ahead of print Issue: 2 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1111/tpj.15184
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] One factor, many systems: the floral homeotic protein AGAMOUS and its epigenetic regulatory mechanisms (2021)
  • Author(s): Pelayo Margaret Anne、Yamaguchi Nobutoshi、Ito Toshiro
  • Journal Title: Current Opinion in Plant Biology Volume: 61 Pages: 102009-102009
  • DOI: 10.1016/j.pbi.2021.102009
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Identification of a Devernalization Inducer by Chemical Screening Approaches in Arabidopsis thaliana (2021)
  • Author(s): Shirakawa Makoto、Morisaki Yukaho、Gan Eng-Seng、Sato Ayato、Ito Toshiro
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 12 Pages: 634068-634068
  • DOI: 10.3389/fpls.2021.634068
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Histone Demethylases Coordinate the Antagonistic Interaction Between Abscisic Acid and Brassinosteroid Signaling in Arabidopsis (2020)
  • Author(s): Wu Jinfeng、Yan Mingli、Zhang Dawei、Zhou Dinggang、Yamaguchi Nobutoshi、Ito Toshiro
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 11
  • DOI: 10.3389/fpls.2020.596835
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Morphological and Physiological Framework Underlying Plant Longevity in Arabidopsis thaliana (2020)
  • Author(s): Wang Yukun、Kumaishi Kie、Suzuki Takamasa、Ichihashi Yasunori、Yamaguchi Nobutoshi、Shirakawa Makoto、Ito Toshiro
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 11 Pages: 600726-600726
  • DOI: 10.3389/fpls.2020.600726
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] シロイヌナズナの花弁脱離を制御するジャスモン酸を介したエピゲノム制御機構 (2022)
  • Author(s): 古田 優生, 山本 春香, 山口 暢俊, 伊藤 寿朗
  • Organizer: 第63回 日本植物生理学会年会
• [Presentation] 父方インプリント遺伝子欠損株における種子および胚乳発達の解析 (2021)
  • Author(s): 海老原 諒子, 下保 瑶己, 山田 慧士朗, 山口 翔, 山口 京, 和田 七夕子, 高山 誠司, 伊藤 寿朗
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会年会
• [Presentation] シロイヌナズナのNAC102転写因子による花弁脱離の制御機構の解析 (2021)
  • Author(s): 古田 優生, 山口 暢俊, 伊藤 寿朗
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会年会
• [Presentation] ケミカルバイオロジーによる植物の脱春化を促進する低分子化合物の探索とその構造 (2021)
  • Author(s): 福地 正弥, 白川 一, 伊藤 寿朗
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 花メリステムにおけるSUPERMANのステージ特異的下流遺伝子の解析 (2021)
  • Author(s): 森下 史, 山口 暢俊, 伊藤 寿朗
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 生体防御を担うミロシン細胞の分化に関わる新規転写因子WASABI MAKERの機能解析 (2021)
  • Author(s): 谷田 舞, 白川 一, 伊藤 寿朗
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会年会
• [Remarks] 奈良先端科学技術大学院大学 バイオサイエンス領域 花発生分子遺伝学研究室ホームページ
  • URL: https://bsw3.naist.jp/ito/