The coordiated development of idioblast myrosin cells and vascular cells

Publicly Offered Research

Project Area	Intrinsic periodicity of cellular systems and its modulation as the driving force behind plant development
Project/Area Number	20H05416
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	白川一奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (70636969)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2022-03-31
Project Status	Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help	¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000) Fiscal Year 2021: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000) Fiscal Year 2020: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Keywords	細胞分化 / ミロシン細胞 / 維管束 / 転写因子 / 植物発生生物学 / パターン形成 / 植物分子・生理 / シロイヌナズナ
Outline of Research at the Start	植物のライフラインである維管束は、ネットワーク構造をつくって葉全体に分布している。アブラナ科植物は生体防御に特化したミロシン細胞をもち、維管束に沿ってネットワーク構造を作り、維管束を細菌や昆虫から守っている。植物は葉の拡大に伴いミロシン細胞と維管束を繰り返し周期的に増設し、ライフラインとその防御システムを構築し続ける。これは、発生の過程で、２つのネットワークが絡み合い衝突することがないようそのパターン形成と分化が厳密に制御されていることを示唆している。本研究では、維管束-ミロシン細胞をモデルシステムに、機能が異なる2つの細胞の周期的なパターン形成と分化を統合的に理解する。
Outline of Annual Research Achievements	植物は特殊化した細胞を獲得することで環境に適応してきた。例えば、孔辺細胞は表皮に存在し、ガス交換に働いている。別の特殊化した細胞としてミロシン細胞がある。ミロシン細胞は維管束に沿って分布し、生体防御に働いている。ミロシン細胞と孔辺細胞の分化はどちらもbHLH型転写因子FAMAによって制御される。しかし２つの細胞がどのように作り分けられているか不明であった。本研究ではFAMAの新規の下流標的因子を同定することでこの謎に迫った。前年度に、FAMA誘導系を用いたRNAseq解析により同定した新規転写因子WSBに着目し、研究を進めた。解析に必要なレポーターラインと変異体、及び蛍光タンパク質融合WSBを発現する相補株を作製した。変異体解析により、ミロシン細胞分化は新規のFAMAの標的因子WSBに制御されていることがわかった。興味深いことに、WSB変異体では、孔辺細胞分化に顕著な異常は観察されなかった。FAMAと異なり、WSBがミロシン細胞分化に重要な働きを持つことが明らかとなった。本成果は、植物が共通のマスター転写因子を利用して２つの異なる細胞を生み出すメカニズムに迫るもので、そのインパクトは大きいと期待される。さらに、WSBの下流標的因子をRNAseq解析により同定し、既知のscRNA-seqデータと組み合わせることで、WSBの下流で働きかつ、１）ミロシン細胞特異的に発現する遺伝子、２）孔辺細胞特異的に発現する遺伝子、３）両方の細胞で発現する遺伝子に分類した。WSBの下流ではオルガネラ分化やオーキシン経路が制御されている可能性が浮上した。得られた成果の一部を、論文発表として報告した。
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。