植物の自律分散型情報ネットワークを支える維管束シグナル伝達の解析

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Integrative system of autonomous environmental signal recognition and memorization for plant plasticity
• Project/Area Number: 15H05958
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 福田 裕穂 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (10165293)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 遠藤 求 京都大学, 生命科学研究科, 助教 (80551499)
• Project Period (FY): 2015-06-29 – 2020-03-31
• Keywords: 植物 / シグナル伝達 / 発生・分化

Outline of Annual Research Achievements

植物には脳に相当する器官はないものの、個体全体を統合する情報ネットワークが存在すると考えられているが、その実体は明らかになっていない。私たちの発見から、植物の自律分散型情報ネットワークは維管束に支えられていると予測された。そこで、本研究ではCLE ペプチドと概日時計を指標に、維管束を介した局所的なシグナル伝達機構とその働き、長距離伝搬のしくみと植物個体としての情報統合の場の解明を目指している。本年は、以下の研究を行った。

１．【長距離シグナルとしてのCLE ペプチドの作用機構】　(1) 環境とCLEペプチド作用の関係の解析から、CLE41が関与する維管束幹細胞誘導には、光が必要であり、ホルモン関係のシグナル伝達系が関与することが示された。　(2) CLE1-7遺伝子のレポーター融合コンストラクトを作成し、その発現場所を詳しく調査した。その結果、様々な場所での発現が観察され、少なくとも多様な場所での局所的なシグナル伝達に関与している可能性が示された。また、これらCLEペプチドの長距離シグナル伝達を明らかにする目的で、発現誘導型のコンストラクトを持つ植物を作成し、CLE2とCLE3植物の作出に成功した。
２．【長距離シグナル伝達機構研究のための基盤手法の開発】　木部と篩部を介したシグナルの輸送のモデルとして、蛍光試薬を用いた可視化とそのモニタリングに成功した。
３．【概日時計による常温刺激の処理に関わる組織の探索を通じたネットワーク構造の推定】　時間情報の同調の仕組みを明らかにするために、Tissue-Specific Luciferase Assay-3（TSLA3）と名付けた新たな測定系の開発を行い、これを導入した植物体で、機能することを確認した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初目指していたCLEペプチドの長距離輸送を解析するための植物体の作成やその基本的な性質の理解について、予定通りの成果が得られている。また、概日時計の解析では、その肝になる時間情報の同量をモニタリングする系の目処のついたことで、今後の詳細な解析が可能になった。以上の点を踏まえ、概ね順調に進展していると判断される。

Strategy for Future Research Activity

引き続き、CLEペプチドを中心にペプチドシグナルの局所的、長距離シグナル伝達のプロセスを明らかにする。また、環境とCLEペプチドのシグナルのクロストークについてもさらに検討を行う。長距離輸送に関しては、維管束異常の変異体の維管束輸送能について明らかにし、これらを班内の長距離輸送分子の研究に利用できるようにする予定である。概日時計のシグナル伝達については、今回の研究により、TSLA-3の潜在的な有効性が示された。今後、熱ショックによるCREの誘導方法や赤い発光と緑の発光の分光およびデコンボリューションの方法について、引き続き検討を行う。

Research Products

• [Journal Article] Growth Properties and Biomass Production in the Hybrid C4 Crop Sorghum bicolor. (2016)
  • Author(s): Tazoe Y, Sazuka T, Yamaguchi M, Saito C, Ikeuchi M, Kanno K, Kojima S, Hirano K, Kitano H, Kasuga S, Endo T, Fukuda H, Makino A.
  • Journal Title: Plant Cell Physiol. Volume: 57 Pages: 944-952
  • DOI: 10.1093/pcp/pcv158
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A plant U-box protein, PUB4, regulates asymmetric cell division and cell proliferation in the root meristem. (2015)
  • Author(s): Kinoshita, A., ten Hove, CA, Tabata, R., Yamada, M., Shimizu, N., Ishida, T., Yamaguchi, K., Shigenobu, S., Takebayashi, Y., Iuchi, S., Kobayashi, M., Kurata, T., Wada, T., Seo, M., Hasebe, M., Blilou, I., Fukuda, H., Scheres, B., Heidstra, R., Kamiya, Y. and Sawa. S.
  • Journal Title: Development Volume: 142 Pages: 444-53
  • DOI: 10.1242/dev.113167
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Monoclonal antibody-based analysis of cell wall remodeling during xylogenesis. (2015)
  • Author(s): Shinohara, N., Kakegawa, K. and Fukuda, H.
  • Journal Title: J. Plant Res. Volume: 128 Pages: 975-986
  • DOI: 10.1007/s10265-015-0758-z
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A negative feedback loop controlling bHLH complexes is involved in vascular cell division and differentiation in the root apical meristem. (2015)
  • Author(s): Katayama, H., Iwamoto, K., Kariya, Y., Asakawa, T., Kan, T., Fukuda, H. and Ohashi-Ito, K.
  • Journal Title: Curr. Biol. Volume: 25 Pages: 3144-50
  • DOI: 10.1016/j.cub.2015.10.051
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Editorial overview: Cell biology - From signaling to cell shape and function. (2015)
  • Author(s): Fukuda, H. and Yang, Z. (eds)
  • Journal Title: Curr. Opin. Plant Biol. Volume: 28 Pages: iv-vi
  • DOI: 10.1016/j.pbi.2015.11.001
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The TDIF signaling network. (2015)
  • Author(s): Kondo, Y. and Fukuda, H.
  • Journal Title: Curr. Opin. Plant Biol. Volume: 28 Pages: 106-110
  • DOI: 10.1016/j.pbi.2015.10.002
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Expression of a kinase-dead form of CPK33 involved in florigen complex formation causes delayed flowering. (2015)
  • Author(s): Kawamoto, N., Endo, M. and Araki, T.
  • Journal Title: Plant Signaling & Behavior Volume: 10 Pages: e1086856, 1-2
  • DOI: 10.1080/15592324.2015.1086856
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Decentralized circadian clocks process thermal and photoperiodic cues in specific tissues. (2015)
  • Author(s): Shimizu, H., Katayama, K., Koto, T., Torii, K., Araki, T., Endo, M.
  • Journal Title: Nature Plants Volume: 1 Pages: 15163
  • DOI: 10.1038/nplants.2015.163
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photoperiod sensitivity of the Arabidopsis circadian clock is tissue-specific. (2015)
  • Author(s): Shimizu, H., Araki, T. and Endo, M.
  • Journal Title: Plant Signaling & Behavior Volume: 10 Pages: e1010933
  • DOI: 10.1080/15592324.2015.1010933
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Calcium-dependent protein kinases responsible for the phosphorylation of a bZIP transcription factor FD crucial for the florigen complex formation. (2015)
  • Author(s): Kawamoto, N., Sasabe, M., Endo, M., Machida, Y. and Araki, T.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 5 Pages: 8341
  • DOI: 10.1038/srep08341
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Signals that govern vascular cell differentiation. (2015)
  • Author(s): Fukuda, H.
  • Organizer: IPMB 2015, 11th International Congress of Plant Molecular Biology
  • Place of Presentation: Iguazu, Brazil
  • Year and Date: 2015-10-25 – 2015-10-30
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Inter- and Intra-cellular signals that control vascular differentiation. (2015)
  • Author(s): Fukuda, H.
  • Organizer: FASEB Summer Research Conference "Mechanisms in Plant Development"
  • Place of Presentation: Vermont, USA
  • Year and Date: 2015-08-07 – 2015-08-11
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Book] スーパーバイオマス 植物に学ぶ、植物を活かす (2016)
  • Author(s): 福田裕穂、稲田のりこ（編）
  • Total Pages: 159
  • Publisher: 慶應義塾大学出版会
• [Remarks] 東京大学大学院理学系研究科生物科学専攻生体制御研究室
  • URL: http://www.biol.s.u-tokyo.ac.jp/users/seigyo/lab.html