植物細胞の分化・増殖の柔軟性における細胞壁再構築の役割の解明

• Project Area: Plant cell wall as information-processing system
• Project/Area Number: 25114520
• 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 (2014); Institute of Physical and Chemical Research (2013)
• Principal Investigator: 大谷 美沙都 奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 助教 (60435633)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥9,750,000 (Direct Cost: ¥7,500,000、Indirect Cost: ¥2,250,000); Fiscal Year 2014: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2013: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
• Keywords: 細胞壁 / 細胞増殖 / 脱分化 / ペクチン / 細胞壁修飾酵素 / 植物細胞壁 / 細胞分化

Outline of Annual Research Achievements

①シロイヌナズナ胚軸脱分化過程で発現変動する細胞壁関連因子の逆遺伝学的解析
先行研究として行った脱分化初期過程におけるタイリングアレイ解析から、脱分化初期における発現変動が検出された19の細胞壁関連遺伝子について、T-DNA挿入体を用いた逆遺伝学的解析を行った。これらのT-DNA挿入体を材料とした組織培養実験の結果、pll（pectate lyase-like）変異体とexpa変異体においてカルス形成異常が確認された。また、定量的RT-PCRで詳細な発現パターン解析を行ったところ、確かにこれらの細胞壁関連遺伝子が脱分化誘導後発現誘導されること、その誘導のタイミングは細胞分裂の再開に先立つことが示された。
上記のカルス形成異常を示した変異体の中でも、もっともはっきりとしたカルス成長阻害を示したpll変異体について詳細な経時的観察を行ったところ、胚軸脱分化自体は変異体でも起こっており、カルス形成は開始されるものの、カルスの成長が阻害されることが分かった。さらにテクノビット切片観察による組織学的解析によって、pll変異体の初期カルスにおける細胞形態異常が観察された。以上の結果から、活発な細胞分裂時の細胞壁構築にはPLL機能、すなわちペクチン主鎖切断の活性がとくに重要であり、PLL機能不全は細胞形態異常を引き起こしカルス形成阻害をもたらすことが示唆された。
②細胞壁再構築を中心とした胚軸脱分化時の遺伝子発現制御システムの解明
支援班連携のもと、胚軸脱分化過程のRNA-seq解析を行い、細胞壁関連因子に関する質の高いゲノムワイドトランスクリプトームデータを取得することに成功した。これによって、①で既に発現変動情報を得ていた19遺伝子以外にも、多数の細胞壁関連遺伝子（CAZymeなど）の発現パターンが変動していることを明らかにした。さらにこうした動きと関連した発現パターンを示す転写因子を複数見出すことに成功した。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Multiple classes of transcription factors regulate the expression of VASCULAR-RELATED NAC-DOMAIN7, a master switch of xylem vessel differentiation (2015)
  • Author(s): Endo H, Yamaguchi M, Tamura T, Nakano Y, Nishikubo N, Yoneda A, Kato K, Kubo M, Kajita S, Katayama Y, Ohtani M, Demura T
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 56 Issue: 2 Pages: 242-254
  • DOI: 10.1093/pcp/pcu134
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Arabidopsis NAC domain proteins VND-INTERACTING1 and ANAC103 interact with multiple NAC domain proteins (2015)
  • Author(s): Yamaguchi M, Nagahage ISP, Ohtani M, Ishikawa T, Uchimiya H, Kawai-Yamada M, Demura T
  • Journal Title: Plant Biotechnology Volume: 32 Issue: 2 Pages: 119-123
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.15.0208a
  • NAID: 130005085996
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cell dedifferentiation and organogenesis in vitro require more snRNA than does seedling development in Arabidopsis thaliana. (2015)
  • Author(s): Ohtani M, Takebayashi A, Hiroyama R, Xu B, Kudo T, Sakakibara H, Sugiyama M, Demura T
  • Journal Title: Journal of Plant Research Volume: 128 Issue: 3 Pages: 371-380
  • DOI: 10.1007/s10265-015-0704-0
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Regulation of RNA metabolism is important for in vitro dedifferentiation of plant cells. (2015)
  • Author(s): Ohtani M
  • Journal Title: Journal of Plant Research Volume: 128 Issue: 3 Pages: 361-369
  • DOI: 10.1007/s10265-015-0700-4
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] NAC-MYB-based transcriptional regulation of secondary cell wall biosynthesis in land plants. (2015)
  • Author(s): Nakano Y, Yamaguchi M, Endo H, Rejab NA, Ohtani M
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 6 Pages: 288-288
  • DOI: 10.3389/fpls.2015.00288
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Contribution of NAC transcription factors to plant adaptation to land. (2014)
  • Author(s): Xu, B., Ohtani, M., Yamaguchi, M., Toyooka, K., Wakazaki, M., Sato, M., Kubo, M., Nakano, Y., Sano, R., Hiwatashi, Y., Murata, T., Kurata, T., Yoneda, A., Kato, K., Hasebe, M., and Demura, T.
  • Journal Title: Science Volume: 343 Issue: 6178 Pages: 1505-1508
  • DOI: 10.1126/science.1248417
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 木質バイオマス生合成改変による新規木質バイオマス製造技術の開発 4月号 (2014)
  • Author(s): 遠藤暁詩, 大谷美沙都
  • Journal Title: BIOINDUSTRY Volume: 4月号
• [Journal Article] Arabidopsis ROOT INITIATION DEFECTIVE 1, a DEAH-box RNA helicase involved in pre-mRNA splicing, is essential for plant development (2013)
  • Author(s): Misato Ohtani, Taku Demura, Munetaka Sugiyama
  • Journal Title: The Plant Cell Volume: 25(印刷中) Issue: 6 Pages: 2056-2069
  • DOI: 10.1105/tpc.113.111922
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Secondary cell wall characterization in a BY-2 inductive system. Plant Cell Tissue Organ Cult. (2013)
  • Author(s): Goue,N.,
  • Journal Title: Plant Cell Tissue Organ Cult. Volume: 115 Issue: 2 Pages: 223-232
  • DOI: 10.1007/s11240-013-0354-7
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Evolution of water-conducting cells in land plants; lessons from VNS family genes (2015)
  • Author(s): Ohtani M, Xu B, Nakano Y, Terada S, Kubo M, Demura T
  • Organizer: 第56回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 東京農業大学（東京都世田谷区）
  • Year and Date: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [Presentation] Cell dedifferentiation and organogenesis in vitro require more snRNA than does seedling development in Arabidopsis thaliana. (2014)
  • Author(s): Ohtani M, Takebayashi A, Hiroyama R, Xu B, Kudo T, Sakakibara H, Sugiyama M, Demura T
  • Organizer: 第37回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [Presentation] 陸上植物進化におけるNAC転写因子ファミリーVNSの役割 (2014)
  • Author(s): 大谷美沙都、徐波、出村拓
  • Organizer: 第78回日本植物学会年会
  • Place of Presentation: 明治大学（神奈川県川崎市）
  • Year and Date: 2014-09-12 – 2014-09-14
• [Presentation] Enhancement of secondary cell wall formation reveals metabolic regulation for carbon supply to cell wall polymers in poplar (2014)
  • Author(s): Ohtani M
  • Organizer: 5th International Conference of Plant Cell Wall Biology
  • Place of Presentation: ケアンズ（オーストラリア）
  • Year and Date: 2014-07-27 – 2014-07-31
• [Presentation] Critical roles of snRNP biogenesis for spliceosome formation in plant regeneration (2014)
  • Author(s): Ohtani M
  • Organizer: Post-transcriptional Gene Expression Regulation in Plants
  • Place of Presentation: Poznan（Poland）
  • Year and Date: 2014-06-30 – 2014-07-02
• [Presentation] 木本におけるデザインドバイオマス (2014)
  • Author(s): 中野仁美、Yu Xiang、大谷美沙都、出村拓
  • Organizer: 日本植物生理学会第55回年会
  • Place of Presentation: 富山
  • Invited
• [Presentation] VND7過剰発現による致死性を抑圧する新規因子の遺伝学的単離 (2014)
  • Author(s): 鈴木崇臣、竹林有理佳、本橋 令子、出村拓、大谷美沙都
  • Organizer: 日本植物生理学会第55回年会
  • Place of Presentation: 富山
• [Presentation] Woody biomass engineering through manipulation of key transcriptional regulators
  • Author(s): Ohtani, M.
  • Organizer: JST-ALCA International Workshop "Plant Cell Wall Engineering -Towards Reduction of CO2 Emission-"
  • Place of Presentation: Tokyo
  • Invited
• [Book] セルロースナノファイバーの調製、分散・複合化と製品応用 (2015)
  • Author(s): 大谷美沙都、出村拓
  • Total Pages: 535
  • Publisher: 株式会社技術情報協会出版
• [Book] 植物細胞壁解析プロトコール (2015)
  • Author(s): 大谷美沙都
  • Publisher: 弘前大学出版会
• [Patent(Industrial Property Rights)] カルス誘導剤及びカルス誘導方法 (2014)
  • Inventor(s): 中野雄司、浅見忠男、山上あゆみ、長田裕之、大谷美沙都、出村拓
  • Industrial Property Rights Holder: 中野雄司、浅見忠男、山上あゆみ、長田裕之、大谷美沙都、出村拓
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2014-117832
  • Filing Date: 2014-06-06