根の成長プログラムの分子基盤の解明

• Project Area: Multidimensional Exploration of Logics of Plant Development
• Project/Area Number: 26113515
• 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: 高橋 直紀 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 (40553623)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥11,440,000 (Direct Cost: ¥8,800,000、Indirect Cost: ¥2,640,000); Fiscal Year 2015: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2014: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
• Keywords: 発生・分化 / シグナル伝達 / 植物 / 植物ホルモン / サイトカイニン / 根

Outline of Annual Research Achievements

植物は環境ストレスを受けると、根端メリステムを縮小させ、細胞分裂を停止させることで根の成長を抑制する。そこで、環境ストレスによる根端メリステムサイズとの関係を調べたところ、植物はDNA損傷ストレスを受けると、サイトカイニン生合成遺伝子が根の移行領域で特異的に誘導されることで、メリステムサイズの縮小を引き起こしていることを見出した。さらに、サイトカイニンシグナルの活性化にともない、オーキシン輸送に関わるPINs遺伝子の発現が低下することや、DNA損傷に応じてオーキシンシグナルの抑制に働くAUX/IAA遺伝子が、根の幹細胞付近で発現誘導されることから、根の幹細胞でのオーキシンシグナルの低下が引き起こされていることが示唆された。そして、植物はDNA損傷を受けると、幹細胞で特異的に細胞死が引き起こされるが、根端でのオーキシンシグナルの低下が幹細胞の細胞死の誘導に関わっていることを見出した。
また、細胞死を起こした根の幹細胞を再生するために、通常ほとんど分裂を行わない静止中心（以下、QC）細胞が、分裂を活性化させることで新しい幹細胞を生みだすことを発見した。以前までの研究で、ブラシノステロイドがQC細胞の分裂に関わっていることが報告されていたが、幹細胞の再生時には、ブラシノステロイド受容体がQC細胞付近で特異的に発現することにより、QC細胞でのブラシノステロイドシグナルを活性化させていることを見出した。そして、ブラシノステロイドシグナルの活性化に伴い、QC細胞の分裂が誘導されることを明らかにした。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] The plant-specific CDKB1-CYCB1 complex mediates homologous recombination repair in Arabidopsis. (2016)
  • Author(s): Weimer, A.K., Biedermann, S., Harashima, H., Roodbarkelari, F., Takahashi, N., Foreman, J., Guan, Y., Pochon, G., Heese, M., Van Damme, D., Sugimoto, K., Koncz, C., Doerner, P., Umeda, M., Schnittger, A.
  • Journal Title: EMBO J Volume: 35 Issue: 19 Pages: 2068-2086
  • DOI: 10.15252/embj.201593083
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] DNA damage inhibits lateral root formation by upregulating cytokinin biosynthesis genes in Arabidopsis thaliana. (2016)
  • Author(s): Davis, M.M., Ogita, N., Inagaki, S., Takahashi, N., Umeda, M.
  • Journal Title: Genes Cells Volume: 21 Issue: 11 Pages: 1195-1208
  • DOI: 10.1111/gtc.12436
  • NAID: 120006537391
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 根端メリステムのサイズ制御機構 (2016)
  • Author(s): 高橋直紀、梅田正明
  • Journal Title: BSJ-Review Volume: 7 Pages: 201-209
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 植物のDNA損傷応答 (2016)
  • Author(s): 高橋直紀、梅田正明
  • Journal Title: 生物と化学 Volume: 54 Pages: 123-129
  • NAID: 130005289841
• [Journal Article] Cytokinins promote onset of endoreplication by controlling cell cycle machinery (2014)
  • Author(s): Takahashi, N. and Umeda, M.
  • Journal Title: Plant Signal. Behav. Volume: 9 Issue: 8 Pages: e29396-e29396
  • DOI: 10.4161/psb.29396
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The Arabidopsis SIAMESE-RELATED Cyclin-Dependent Kinase Inhibitors SMR5 and SMR7 Regulate the DNA Damage Checkpoint in Response to Reactive Oxygen Species (2014)
  • Author(s): Yi D, Alvim Kamei CL, Cools T, Vanderauwera S, Takahashi N, Okushima Y, Eekhout T, Yoshiyama Okamoto K, Larkin J, Van den Daele H, Conklin P, Britt A, Umeda M, De Veylder L
  • Journal Title: Plant Cell Volume: 26 Issue: 1 Pages: 296-309
  • DOI: 10.1105/tpc.113.118943
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Brassinosteroids are involved in stem cell replenishment in Arabidopsis roots under DNA damage (2017)
  • Author(s): Naoki Takahashi, Masaaki Umeda
  • Organizer: Plant Organ Growth Symposium
  • Place of Presentation: Elche, Spain
  • Year and Date: 2017-03-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Plant Stem Cells Undergo Cell Death to Maintain Genome Integrity (2016)
  • Author(s): Naoki Takahashi, Masaaki Umeda
  • Organizer: 10th 3R Symposium
  • Place of Presentation: ホテル一畑・島根県松江市
  • Year and Date: 2016-11-13
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] DNA damage response in Arabidopsis roots (2016)
  • Author(s): Naoki Takahashi, Masaaki Umeda
  • Organizer: Plant Genome Stability and Change 2016
  • Place of Presentation: 湘南国際村センター・神奈川県横須賀市
  • Year and Date: 2016-07-07
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Genome integrity in root stem cells under DNA stress (2016)
  • Author(s): Naoki Takahashi, Keisuke Fujimoto, Masaaki Umeda
  • Organizer: 第57回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 岩手大学・岩手県盛岡市
  • Year and Date: 2016-03-18
  • Invited
• [Presentation] 根端分裂組織のサイズ制御機構 (2015)
  • Author(s): 高橋直紀、丸池加奈子、高塚大知、梅田正明
  • Organizer: 日本植物学会第79回大会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ・新潟県新潟市
  • Year and Date: 2015-09-06
  • Invited
• [Presentation] Stem cell replenishment maintains genome integrity (2015)
  • Author(s): Umeda M, Fujimoto K, Takahashi N
  • 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] DNA損傷応答に関わる転写因子SOG1の標的遺伝子の解析 (2015)
  • Author(s): 荻田伸夫、奥島葉子、倉田哲也、時澤睦朋、山本義治、高橋直紀、梅田正明
  • 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] Regulation of auxin signaling is essential for stem cell maintenance under DNA stress conditions (2015)
  • Author(s): Takahashi N, Umeda M
  • 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] Brassinosteroids are involved in stem cell replenishment in Arabidopsis roots under DNA stress conditions (2015)
  • Author(s): Fujimoto K, Takahashi N, Umeda M
  • 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] DNA damage response in arabidopsis roots (2014)
  • Author(s): Takahashi N, Chen PY, Umeda M
  • Organizer: Plant Genome Stability and Change 2014
  • Place of Presentation: California, USA
  • Year and Date: 2014-07-17 – 2014-07-20
• [Book] Cell Cycle; Cell Biology. Edited by Assmann S and Liu B (2014)
  • Author(s): Takahashi N, Umeda M
  • Total Pages: 19
  • Publisher: Springer