幹細胞新生を抑制するホメオボックス型転写因子の機能解明

• Project Area: Principles of pluripotent stem cells underlying plant vitality
• Project/Area Number: 20H04894
• 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: Niigata University
• Principal Investigator: 池内 桃子 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (00633570)
• 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: シュート再生 / 転写制御 / 幹細胞 / 器官再生

Outline of Research at the Start

一般的に植物は、体細胞から多能性幹細胞を新たに生み出す能力を持っている。しかし、その能力が低い植物種もあり、何が幹細胞新生能力の違いを決めているのかはこれまで分かっていなかった。私はこれまでに、幹細胞新生を抑制する転写因子を発見している。本研究では、その因子の機能解析を通して幹細胞新生過程の制御機構を明らかにしたい。

Outline of Annual Research Achievements

器官の再生効率は植物種によって大きく異なり、組織培養系で茎葉再生がうまくいかない場合は多い。何らかの内的要因がカルスからの幹細胞新生を制限していると考えられるが、その手がかりは得られていなかった。私はこれまでに分子遺伝学的研究を進め、幹細胞新生を抑制するホメオボックス型転写因子を発見していた。本年度は、当該の転写因子の機能欠損体および誘導的過剰発現体を用いた解析を進め、シュート再生を制限する機構について明らかにした。まず、機能欠損体においてはWUS など複数の幹細胞形成に重要な遺伝子の発現が上昇しており、反対に誘導的過剰発現体では発現誘導後24時間以内に顕著な発現低下が認められたことから、本転写因子は幹細胞形成に重要な遺伝子群の発現を抑制する機能を持つことがわかった。さらに遺伝学的な解析からも、WUS が下流にあることが明らかになった。また、本転写因子は器官再生において重要な役割を果たすオーキシンによって発現誘導されることを見出しており、再生応答の鍵を握る因子軍の関係解明を進めることができた。

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] Warm Temperature Promotes Shoot Regeneration in <i>Arabidopsis thaliana</i> (2022)
  • Author(s): Lambolez Alice、Kawamura Ayako、Takahashi Tatsuya、Rymen Bart、Iwase Akira、Favero David S、Ikeuchi Momoko、Suzuki Takamasa、Cortijo Sandra、Jaeger Katja E、Wigge Philip A、Sugimoto Keiko
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: ー Issue: 5 Pages: 618-634
  • DOI: 10.1093/pcp/pcac017
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [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] Wound-inducible WUSCHEL-RELATED HOMEOBOX 13 is required for callus growth and organ reconnection (2021)
  • Author(s): Ikeuchi Momoko, Iwase Akira, Ito Tasuku, Tanaka Hayato, Favero David S, Kawamura Ayako, Sakamoto Shingo, Wakazaki Mayumi, Tameshige Toshiaki, Fujii Haruki, Hashimoto Naoki, Suzuki Takamasa, Hotta Kazuhiro, Toyooka Kiminori, Mitsuda Nobutaka, Sugimoto Keiko
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: 188 Issue: 1 Pages: 425-441
  • DOI: 10.1093/plphys/kiab510
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] WIND transcription factors orchestrate wound-induced callus formation, vascular reconnection and defense response in Arabidopsis (2021)
  • Author(s): Iwase A, Kondo Y, Laohavisit A, Takebayashi A, Ikeuchi M, Matsuoka K, Asahina M, Mitsuda N, Shirasu K, Fukuda H, Sugimoto K
  • Journal Title: New Phytologist Volume: 232 Issue: 2 Pages: 734-752
  • DOI: 10.1111/nph.17594
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The SUMO E3 ligase SIZ1 negatively regulates shoot regeneration (2020)
  • Author(s): Duncan Coleman, Ayako Kawamura, Momoko Ikeuchi, David Seth Favero, Alice Lambolez, Bart Rymen, Akira Iwase, Takamasa Suzuki, Keiko Sugimoto
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: 184 Issue: 1 Pages: 330-344
  • DOI: 10.1104/pp.20.00626
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] How do plants transduce wound signals to induce tissue repair and organ regeneration? (2020)
  • Author(s): Ikeuchi Momoko、Rymen Bart、Sugimoto Keiko
  • Journal Title: Current Opinion in Plant Biology Volume: 57 Pages: 72-77
  • DOI: 10.1016/j.pbi.2020.06.007
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 傷口からの再生ー植物の細胞リプログラミング (2020)
  • Author(s): 池内桃子、杉本慶子
  • Journal Title: 生物の科学 遺伝 Volume: 5 Pages: 568-573
• [Presentation] How do plants re-construct a new life upon injury? (2021)
  • Author(s): Momoko Ikeuchi
  • Organizer: 日本分子生物学会
  • Invited
• [Presentation] シュート再生系におけるWUS とWOX13 の発現動態の解析 (2021)
  • Author(s): 小倉菜緒、池内桃子
  • Organizer: 日本植物学会
• [Presentation] 器官再生における細胞リプログラミングの制御機構 (2020)
  • Author(s): 池内桃子
  • Organizer: 日本植物学会