メリステム発生・生長におけるアクチンと植物ホルモン応答との相互作用とその理解

• Project Area: Plant regulatory systems that control developmental interactions between meristems and lateral organs
• Project/Area Number: 23012003
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Iwate University
• Principal Investigator: RAHMAN Abidur 岩手大学, 農学部, 准教授 (30447114)
• Project Period (FY): 2011 – 2012
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥6,400,000 (Direct Cost: ¥6,400,000); Fiscal Year 2012: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000); Fiscal Year 2011: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000)
• Keywords: actin / auxin / meristem / isovariant / hormone / auxin transport / hormone cross-talk / auxin gradient / cross-talk / cytokinin / ethylene

Research Abstract

メリステム発達は、多くのシグナルネットワークによって制御されており、植物ホルモンと細胞骨格成分が関わっている。しかし、メリステム発達過程におけるこの二つの要素の相互作用については、今のところ不明瞭である。本研究は、メリステム発達過程における細胞骨格成分であるアクチンと植物ホルモン間でのクロストークの解明を目的とした。我々は、a)アクチンはオーキシン応答を調節することで根のメリステム発達を調節している、b)局所オーキシン勾配はメリステム発達過程でのエチレンおよびサイトカイニン応答を調節している、という2つの仮説を立て検証した。これらの仮説を検証するために、栄養成長段階に属するシロイヌナズナ・アクチンアイソバリアントの単一および二重変異体を用いて遺伝学的解析を行った。アクチンアイソバリアントであるACT7とACT8変異体の根の成長および伸長解析から算出した細胞生産率の結果から、ACT8ではなくACT7が主根のメリステム形成を強く制御していることが判明した。また、メリステム発達に対する限定要因であるオーキシン応答の遺伝子および細胞レベルの解析から、主根の根端メリステムでは正常なオーキシン最大量を維持するのにACT7が必要であるという結果を得た。オーキシン輸送体の細胞膜局在および膜輸送系の解析から、ACT7は根端メリステムで正常なオーキシン勾配形成に必要であるPIN1とPIN2の活性を特異的に制御していることを証明した。さらに、分子生物学的および生理学的解析により、メリステムにおける異なったオーキシン勾配がサイトカイニン応答とエチレン応答に影響を与えていることが判明した。これらの結果は、植物ホルモンのクロストークに制御されているオーキシン勾配を調節することによって、アクチンアイソバリアントであるACT7が主根のメリステム発達を制御することを示唆している。

Research Products

• [Journal Article] Auxin and temperature stress: Molecular and cellular Perspectives (2013)
  • Author(s): Shibasaki K, Rahman A
  • Journal Title: In Polar Auxin Transport, Signaling and Commun ication in Plants (eds: Chen, R and Baluska, F) Volume: 17 Pages: 295-310
  • DOI: 10.1007/978-3-642-35299-7_15
  • ISBN: 9783642352980, 9783642352997
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Auxin : a regulator of cold stress response (2012)
  • Author(s): Rahman A
  • Journal Title: Physiologia Plantarum Volume: 147 Issue: 1 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1111/j.1399-3054.2012.01617.x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Auxin and ethylene : collaborators or cpmpetitors? (2012)
  • Author(s): Gloria K, Rahman A, Binder, B Equal contribution
  • Journal Title: Trends in Plant Science Volume: 17 Issue: 4 Pages: 181-195
  • DOI: 10.1016/j.tplants.2012.02.001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] SMALL ACIDIC PROTEIN 1 acts with RUB modification components the COP9 signalosome and AXR1, to regulate growth and development of Arabidopsis thaliana. (2012)
  • Author(s): Nakasone A, Fujiwara M, Fukao Y, Biswas KK, Rahman A, Kawai-Yamada M, Narumi I, Uchimiya H, Oono Y.
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: 160 Issue: 1 Pages: 93-105
  • DOI: 10.1104/pp.111.188409
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Actin isovariant ACT7 controls root meristem development through modulating auxin gradient regulated hormonal cross talk (2013)
  • Author(s): Numata T, Kandasamy M, Meag her R, Rahman A
  • Organizer: 54^<th> Annual Meeting of the Japanese Society for Plant Physiologists
  • Place of Presentation: Okayama University, Okayama, Japan
• [Presentation] Two actin isovariants, ACT7 and ACT8 regulate Arabidopsis root merist em development through modulating intracellular auxin gradient (2012)
  • Author(s): Numata T, Kandasamy M, Meag her R, Rahman A
  • Organizer: Plant Biology 2012 (Annual meeting of American Society of Plant Biology)
  • Place of Presentation: Austin Convention Center, Austin, Texas, USA
• [Presentation] Physiological and genetic characterization of novel indole-3-butyric acid resistant mutants (2012)
  • Author(s): Hanzawa T, Greg M, Muday G, Rahman A
  • Organizer: Plant Biology 2012 (Annual meeting of American Society of Plant Biology)
  • Place of Presentation: Austin Convention Center, Austin, Texas, USA
• [Presentation] Comparative plasma membrane proteomics of Brachypodium distachyon with two cereals (oat and rye) in association with cold acclimation (2012)
  • Author(s): Nakayama T, Daisuke T, Kawa mura Y, Rahman A, Uemura M
  • Organizer: Plant Biology 2012 (Annual meeting of American Society of Plant Biology)
  • Place of Presentation: Austin Convention Center, Austin, Texas, USA
• [Presentation] Gravitropism of Arabidopsis thaliana roots requires the polarization of PIN2 toward the root tip in meristematic cortical cells (2011)
  • Author(s): Rahman, A
  • Organizer: XXIV SPPS congress, 2011
  • Place of Presentation: Stavanger, Norway(招待講演)
  • Year and Date: 2011-08-23
• [Presentation] Hormone, intracellular trafficking and cold stress related growth and development (2011)
  • Author(s): Rahman, A
  • Organizer: Joint JSPS-SPPS colloquium on "Abiotic stress from gene to biosphere"
  • Place of Presentation: Stavanger, Norway(招待講演)
  • Year and Date: 2011-08-20
• [Presentation] Indole-3-acetic acid and 2,4-dichlorophenoxyacetic acid : a tale of two Auxins (2011)
  • Author(s): Rahman, A
  • Organizer: University of Massachusetts, "Special Biology Seminar", Biology Department
  • Place of Presentation: Amherst, MA, USA(招待講演)
  • Year and Date: 2011-02-28
• [Presentation] Auxin response under cold stress : underlying mechanisms (2011)
  • Author(s): Rahman, A
  • Organizer: Howard University, "Biology Department Seminar Series", Biology Department
  • Place of Presentation: Washington D.C, USA(招待講演)
  • Year and Date: 2011-02-23
• [Remarks]
  • URL: http://www.bio.nagoya-u.ac.jp/~yas/tokuteiplant_meristens/index.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.bio.nagoya-u.ac.jp/~yas/tokutei_plant_meristems/index.html