Mechanisms of transcriptional regulation underlying periodicity and modulation in cell proliferation during plant development

• Project Area: Intrinsic periodicity of cellular systems and its modulation as the driving force behind plant development
• Project/Area Number: 20H05408
• 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: Kanazawa University
• Principal Investigator: 伊藤 正樹 金沢大学, 生命理工学系, 教授 (10242851)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000); Fiscal Year 2021: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2020: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
• Keywords: 細胞周期 / 細胞分裂 / 転写制御 / シロイヌナズナ / 細胞増殖 / 細胞サイズ / ストレス応答 / チェックポイント

Outline of Research at the Start

植物の発生、成長は遺伝的にプログラムされた細胞増殖により支えられています。また、植物をとりまく環境条件が変化すると、細胞増殖を制御する仕組みが積極的に作動し、植物の成長を調節します。本研究では、発生過程におけるプログラムされた細胞増殖制御に我々が発見したDREAM complexと呼ばれるタンパク質複合体が関わっている可能性を探ります。また、ストレス下で作動する細胞増殖制御の仕組みについても独自に同定した転写因子が深く関わっていることが示唆されており、本研究によりこの可能性について検証し、ストレス下で細胞増殖を抑制する新奇のメカニズムの解明を目指します。

Outline of Annual Research Achievements

DREAM complexは広範囲の細胞周期遺伝子を制御する大きなタンパク質複合体として注目されている。DREAM構成因子の１つをコードするTCXファミリーには、気孔前駆細胞に特異的なSOL1とSOL2が存在する。sol1 sol2二重変異体が気孔前駆細胞の過剰な分裂による特徴的な異常を示すことを明らかにした。flp変異体は同様の特徴的な異常を示し、原因遺伝子FLPはR2R3型Myb転写因子をコードしている。sol1 sol2 flpの三重変異体の解析から、これらの変異が相乗的作用すること、flp myb88二重変異体のトランスクリプトームの変化が、DREAM構成因子の変異により生じる変化と良く一致することから、FLPはDREAM complexに類似した組織特異的な複合体を形成して機能している可能性が考えられた。
GRAS型転写因子SCL28は、細胞サイズを適切にコントロールする制御因子であり、SMRファミリーのCDK阻害タンパク質をコードする複数の遺伝子に直接結合することを明らかにしている。SMRの誘導的過剰発現体では、SMR発現の強さと細胞サイズに相関があることわかった。またsmr多重変異体では、細胞サイズが低下していること、またscl28変異による細胞サイズへの影響が小さくなることがわかった。つまりSCL28は標的遺伝子であるSMRを通じて細胞サイズを制御していることが明らかになった。また、SCL28の発現量が様々に変化した植物を用いて解析したところ、細胞サイズはSCL28の発現量と相関するが、葉一枚当たりの細胞数は、SCL28発現量と逆相関することにより、葉全体の大きさはSCL28の発現量によりあまり影響を受けないことがわかった。この結果から、SCL28は器官全体の成長に影響することなく、定量的に細胞サイズをコントロールすることができる新しい制御因子であることが明らかになった。

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

• [Int'l Joint Research] Royal Holloway University of London(英国)
• [Int'l Joint Research] Biological Research Centre(ハンガリー)
• [Int'l Joint Research] University of Hamburg(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] Institute of Plant Sciences Paris Saclay(フランス)
• [Int'l Joint Research] Royal Holloway University of London(英国)
• [Int'l Joint Research] Biological Research Centre(ハンガリー)
• [Int'l Joint Research] University of Hamburg(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] Institute of Plant Sciences Paris Saclay(フランス)
• [Journal Article] A hierarchical transcriptional network activates specific CDK inhibitors that regulate G2 to control cell size and number in Arabidopsis (2022)
  • Author(s): Nomoto Yuji、Takatsuka Hirotomo、Yamada Kesuke、Suzuki Toshiya、Suzuki Takamasa、Huang Ying、Latrasse David、An Jing、Gombos Magdolna、Breuer Christian、Ishida Takashi、Maeo Kenichiro、Imamura Miyu、Yamashino Takafumi、Sugimoto Keiko、Magyar Zolt?n、B?gre L?szl?、Raynaud C?cile、Benhamed Moussa、Ito Masaki
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 13 Issue: 1 Pages: 1660-1660
  • DOI: 10.1038/s41467-022-29316-2
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Identification of two tobacco genes encoding MYB3R proteins with repressor function and showing cell cycle-regulated transcript accumulation (2021)
  • Author(s): Takatsuka Hirotomo、Nomoto Yuji、Araki Satoshi、Machida Yasunori、Ito Masaki
  • Journal Title: Plant Biotechnology Volume: 38 Issue: 2 Pages: 269-275
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.21.0224a
  • NAID: 130008056767
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • Year and Date: 2021-06-25
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Identification of genes involved in <i>Meloidogyne incognita</i>-induced gall formation processes in <i>Arabidopsis thaliana</i> (2021)
  • Author(s): Suzuki Reira、Ueda Takashi、Wada Takuji、Ito Masaki、Ishida Takashi、Sawa Shinichiro
  • Journal Title: Plant Biotechnology Volume: 38 Issue: 1 Pages: 1-8
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.20.0716a
  • NAID: 130008002844
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • Year and Date: 2021-03-25
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Phosphatidylserine Is Required for the Normal Progression of Cell Plate Formation in Arabidopsis Root Meristems (2021)
  • Author(s): Yamaoka Yasuyo、Shin Seungjun、Lee Yuree、Ito Masaki、Lee Youngsook、Nishida Ikuo
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 62 Issue: 9 Pages: 1396-1408
  • DOI: 10.1093/pcp/pcab086
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The DREAM complex represses growth in response to DNA damage in <i>Arabidopsis</i> (2021)
  • Author(s): Lang Lucas、Pettk?-Szandtner Alad?r、Tun?ay Elba?? Hasibe、Takatsuka Hirotomo、Nomoto Yuji、Zaki Ahmad、Dorokhov Stefan、De Jaeger Geert、Eeckhout Dominique、Ito Masaki、Magyar Zolt?n、B?gre L?szl?、Heese Maren、Schnittger Arp
  • Journal Title: Life Science Alliance Volume: 4 Issue: 12 Pages: e202101141-e202101141
  • DOI: 10.26508/lsa.202101141
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] MYB3R-mediated active repression of cell cycle and growth under salt stress in Arabidopsis thaliana (2021)
  • Author(s): Okumura Toru、Nomoto Yuji、Kobayashi Kosuke、Suzuki Takamasa、Takatsuka Hirotomo、Ito Masaki
  • Journal Title: Journal of Plant Research Volume: 134 Issue: 2 Pages: 261-277
  • DOI: 10.1007/s10265-020-01250-8
  • NAID: 40022515154
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cytoskeletal Control of Planar Polarity in Root Hair Development (2020)
  • Author(s): Takatsuka Hirotomo、Ito Masaki
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 11 Pages: 1-5
  • DOI: 10.3389/fpls.2020.580935
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Remarks] 植物発生生物学研究室ウェブサイト
  • URL: http://bio.w3.kanazawa-u.ac.jp/bio-s/plantdev/
• [Remarks] 金沢大学ウェブサイト 研究トピック
  • URL: https://www.kanazawa-u.ac.jp/rd/104214
• [Remarks] 日本経済新聞オンライン版 植物細胞を大きくする遺伝子、金沢大学が仕組み一部解明
  • URL: https://www.nikkei.com/article/DGXZQOUC142LO0U2A410C2000000/