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: 22H04714
• 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): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000); Fiscal Year 2023: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2022: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
• Keywords: 細胞周期 / 細胞増殖 / 転写制御 / シロイヌナズナ / 細胞サイズ / プラスチド / 細胞分裂 / チェックポイント

Outline of Research at the Start

植物の葉や花などの器官は多くの細胞から成っており、植物が成長する際には細胞が分裂し数を増やす必要があります。植物が適切な形や大きさの器官を形成するのは、このときの細胞分裂が厳密に制御されているためです。本研究ではこのような植物の形作りに重要な細胞分裂の制御の仕組みを明らかにします。また、動物のように動くことのできない植物は環境の変化に応じて自らの成長を柔軟に調節する能力を持っています。このような周囲の環境や細胞内の状態に応じて細胞分裂を柔軟に制御する仕組みについても研究を行います。

Outline of Annual Research Achievements

DREAM complexはE2FとMYB3Rなどの細胞周期制御に重要な転写因子を含む複合体であり、広範囲の細胞周期遺伝子の転写を制御している。DREAM構成因子の1つをコードするTCXファミリーには、気孔系譜細胞に特異的なSOL1とSOL2が存在しており、二重変異体は気孔系譜細胞の過剰な分裂による気孔の発生異常が生じることを既に明らかにしている。TAP tagを利用したタンパク質複合体解析からは、SOL1はE2FおよびDPファミリータンパク質と相互作用していることが示唆された。また、e2fの変異がsol1 sol2二重変異体の異常を抑圧する効果があることが分かった。R2R3型Myb転写因子をコードするFLPの変異はsol1 sol2と同様の表現型を示すことなどから、同一の経路で機能していることが示唆されている。e2f変異はflp変異体に対しても抑圧効果を示すこと、FLP過剰発現による気孔系譜細胞の分裂抑制を強く促進することが分かった。このような結果から、FLP、SOL1/2およびE2Fの三者が密接に関わり、SOL1/2とE2Fの物理的な相互作用が関与する転写制御系が存在し、気孔系譜細胞の細胞周期を制御しているものと予想された。

細胞サイズ制御因子SCL28については、免疫沈降と質量分析による解析を行った結果、AtSOMS1に加えて、新たな相互作用因子として新規GRAS転写因子を同定した。このGRAS転写因子は2つのよく似た遺伝子にコードされており、二重変異体ではscl28変異体と同様の細胞サイズの低下が観察される。scl28変異を組み合わせて解析したところ、根では単独変異と同じ表現型を示すが、葉では組み合わせにより表現型が強くなることが分かった。このようにSCL28は複数のタンパク質と相互作用しながら、組織特異的な仕組みで機能し細胞サイズを制御している可能性が示唆された。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5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] University of Hamburg(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] Biological Research Centre(ハンガリー)
• [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] MYB3R-mediated and cell cycle-dependent transcriptional regulation of a tobacco ortholog of <i>SCARECROW-LIKE28</i> in synchronized cultures of BY-2 cells (2023)
  • Author(s): Mineta K, Hirota J, Yamada K, Itoh T, Chen P, Iwakawa H, Takatsuka H, Nomoto Y, Ito M
  • Journal Title: Plant Biotechnology Volume: 40 Issue: 4 Pages: 353-359
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.23.0515a
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • Year and Date: 2023-12-25
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The canonical E2Fs together with RETINOBLASTOMA-RELATED are required to establish quiescence during plant development (2023)
  • Author(s): Gombos M, Raynaud C, Nomoto Y, Molnar E, Brik-Chaouche R, Takatsuka H, Zaki A, Bernula D, Latrasse D, Mineta K, Nagy F,He X, Iwakawa H, Oszi E, An J, Suzuki T, Papdi C, Bergis C, Benhamed M, Bogre L, Ito M, Magyar Z
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 6 Issue: 1 Pages: 903-903
  • DOI: 10.1038/s42003-023-05259-2
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Jasmonates, gibberellins, and powdery mildew modify cell cycle progression and evoke differential spatiotemporal responses along the barley leaf (2023)
  • Author(s): Krasauskas J, Ganie SA, Al-Husari A, Bindschedler L, Spanu P, Ito M, Devoto A
  • Journal Title: Journal of Experimental Botany Volume: 75 Issue: 1 Pages: 180-203
  • DOI: 10.1093/jxb/erad331
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] KNO1‐mediated autophagic degradation of the Bloom syndrome complex component RMI1 promotes homologous recombination (2023)
  • Author(s): Chen Poyu、De Winne Nancy、De Jaeger Geert、Ito Masaki、Heese Maren、Schnittger Arp
  • Journal Title: The EMBO Journal Volume: e111980 Issue: 10
  • DOI: 10.15252/embj.2022111980
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] At the Nexus between Cytoskeleton and Vacuole: How Plant Cytoskeletons Govern the Dynamics of Large Vacuoles (2023)
  • Author(s): Takatsuka Hirotomo、Higaki Takumi、Ito Masaki
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 24 Issue: 4 Pages: 4143-4143
  • DOI: 10.3390/ijms24044143
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Members of SIAMESE-RELATED Class Inhibitor Proteins of Cyclin-Dependent Kinase Retard G2 Progression and Increase Cell Size in Arabidopsis thaliana (2022)
  • Author(s): Yamada Kesuke J.、Takatsuka Hirotomo、Hirota Junya、Mineta Keto、Nomoto Yuji、Ito Masaki
  • Journal Title: Life Volume: 12 Issue: 9 Pages: 1356-1356
  • DOI: 10.3390/life12091356
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Genome editing of <i>SlMYB3R3</i>, a cell cycle transcription factor gene of tomato, induces elongated fruit shape (2022)
  • Author(s): Zheng Qingyou、Takei-Hoshi Rie、Okumura Hitomi、Ito Masaki、Kawaguchi Kohei、Otagaki Shungo、Matsumoto Shogo、Luo Zhengrong、Zhang Qinglin、Shiratake Katsuhiro
  • Journal Title: Journal of Experimental Botany Volume: 73 Issue: 22 Pages: 7312-7325
  • DOI: 10.1093/jxb/erac352
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] MYB3R-SCL28-SMR module with a role in cell size control negatively regulates G2 progression in <i>Arabidopsis</i> (2022)
  • Author(s): Takatsuka Hirotomo、Nomoto Yuji、Yamada Kesuke、Mineta Keito、Breuer Christian、Ishida Takashi、Yamagami Ayumi、Sugimoto Keiko、Nakano Takeshi、Ito Masaki
  • Journal Title: Plant Signaling &amp; Behavior Volume: e2153209 Issue: 1 Pages: 1-5
  • DOI: 10.1080/15592324.2022.2153209
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 植物の細胞サイズを制御する転写因子SCL28 (2022)
  • Author(s): 野本 友司、伊藤 正樹
  • Journal Title: バイオサイエンスとインダストリー Volume: 80 Pages: 458-459
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 植物細胞のサイズ決定に関わる転写因子SCL28のはたらき (2022)
  • Author(s): 野本 友司、山田 圭介、高塚 大知、伊藤 正樹
  • Journal Title: バイオサイエンスとインダストリー Volume: 80 Pages: 483-485
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ChIP-Seq およびRNA-Seqデータから DREAM複合体の転写制御機構を探る (2024)
  • Author(s): 岩川秀和, 山本留衣, 野本友司, 鈴木孝征, 伊藤正樹
  • Organizer: 第65回日本植物生理学会年会
• [Presentation] 気孔形成において細胞分裂を制御するTCXファミリータンパク質による転写因子複合体の形成 (2024)
  • Author(s): 峯田敬斗, 岩川秀和, 西内巧, 伊藤正樹
  • Organizer: 第65回日本植物生理学会年会
• [Presentation] シロイヌナズナの活性化型MYB3R転写因子は細胞質分裂の進行と植物のライフサイクルに不可欠である (2024)
  • Author(s): 千賀理保子, 野本友司, 鈴木孝征, 伊藤正樹
  • Organizer: 第65回日本植物生理学会年会
• [Presentation] 気孔前駆細胞特異的なTCXファミリータンパク質による転写制御機構と細胞分裂における役割 (2023)
  • Author(s): 峯田敬斗, 野本友司, 岩川秀和, 西内巧, 鈴木孝征, 伊藤正樹
  • Organizer: 北陸植物学会2023年度大会
• [Presentation] The Arabidopsis KNO1 protein targets RMI1 for autophagic degradation promoting homologous recombination upon DNA damage (2023)
  • Author(s): Chen P, Schnittger A, De Winne N, De Jaeger G, Ito M, Heese M
  • Organizer: Taiwan-Japan Plant Biology 2023 Symposium (TJPB2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Control of cell division for stomatal formation requires transcriptional regulation by stomatal lineage-specific TCX family proteins (2023)
  • Author(s): Mineta K, Nomoto K, Iwakawa H, Suzuki T, Nishiuchi T, Ito M
  • Organizer: Taiwan-Japan Plant Biology 2023 Symposium (TJPB2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Developmental repression of cell cycle through the action of DREAM complex containing both E2F and MYB3R transcription factors (2023)
  • Author(s): Masaki Ito
  • Organizer: Taiwan-Japan Plant Biology 2023 Symposium (TJPB2023)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Expanding roles of transcriptional regulation during the plant cell cycle (2023)
  • Author(s): Masaki Ito
  • Organizer: Sustainable Enhancement of Plant Productivity with Precision
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] A GRAS family transcription factor, SCARECROW-LIKE28, regulates cell size by inhibiting G2 progression in Arabidopsis (2023)
  • Author(s): Nomoto Y, Takatsuka H, Yamada K, Mineta K, Chen P, Iwakawa H, Nishiuchi T, Ito M
  • Organizer: The 33rd International Conference on Arabidopsis Research
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] KNO1-mediated autophagic degradation of the Bloom syndrome complex component RMI1 promotes homologous recombination (2023)
  • Author(s): Chen P, Schnittger A, De Winne N, De Jaeger G, Ito M, Heese M
  • Organizer: The 33rd International Conference on Arabidopsis Research
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 気孔前駆細胞特異的なTCXファミリータンパク質による転写制御機構と細胞分裂における役割 (2023)
  • Author(s): 峯田敬斗, 岩川秀和, 野本友司, 西内巧, 鈴木孝征, 伊藤正樹
  • Organizer: 日本植物学会第87回大会
• [Presentation] KNO1-mediated autophagic degradation of the Bloom component RMI1 promotes homologous recombination (2023)
  • Author(s): Poyu Chen, Masaki Ito, Arp Schnittger
  • Organizer: 第64回日本植物生理学会年会
• [Presentation] シロイヌナズナの葉の発生分化に関わるAS2と核小体タンパク質によるDNAメチル化維持機能の解明 (2023)
  • Author(s): 小島 晶子，岩川 秀和，日比野 哲紀，高橋 広夫，安藤 沙友里，笹部 美知子，伊藤 正樹，町田 泰則， 町田 千代子
  • Organizer: 第64回日本植物生理学会年会
• [Presentation] 葉の形成に関わるAS2遺伝子およびAS2/LOBファミリーの起源をゲノムデータベースから探る (2022)
  • Author(s): 岩川 秀和，安藤 沙友里，小島 晶子，笹部 美知子，伊藤 正樹，町田 泰則，町田 千代子
  • Organizer: 日本植物学会第86回大会
• [Presentation] 植物特異的なAPC/C阻害タンパク質GIG1とUVI4の細胞周期制御における機能分担のメカニズム (2022)
  • Author(s): 広田 淳也，野本 友司，高塚大知，吉岡 泰，伊藤 正樹
  • Organizer: 日本植物学会第86回大会
• [Presentation] シロイヌナズナのGRAS型転写因子SCL28による細胞周期抑制を介した細胞サイズ制御 (2022)
  • Author(s): 野本 友司，高塚 大知，山田 圭佑，鈴木 俊哉，鈴木 孝征，今村 美友，山篠 貴史，Cecile Raynaud，Moussa Benhamed，伊藤 正樹
  • Organizer: 日本植物学会第86回大会
• [Presentation] シロイヌナズナの細胞サイズ制御因子SCL28はCDK阻害タンパク質をコードするSMRファミリー遺伝子を制御する. (2022)
  • Author(s): 山田 圭佑，広田 淳也，峯田 敬斗，鈴木 俊哉，鈴木 孝征，Benhamed Moussa，野本 友司，高塚 大知，伊藤 正樹
  • Organizer: 日本植物学会第86回大会
• [Presentation] 根の表皮細胞の活発な細胞成長を駆動するメカニズムの解明 (2022)
  • Author(s): 高塚 大知，柴田 美智太郎，高橋 直紀，関 原明，杉本 慶子，伊藤 正樹，梅田 正明
  • Organizer: 日本植物学会第86回大会
• [Presentation] 気孔形成における細胞周期を特異的に制御するDREAM-like complexの提案 (2022)
  • Author(s): 峯田 敬斗，野本 友司，高塚 大知，西内 巧，鈴木 孝征，Lucas Lang，Maren Heese, Arp Schnittger，伊藤 正樹
  • Organizer: 日本植物学会第86回大会
• [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] Science Japan
  • URL: https://sj.jst.go.jp/news/202206/n0623-03k.html