2019 Fiscal Year Annual Research Report
植物幹細胞の新生・維持に必要な非対称分裂機構の解明
| Project Area | Principles of pluripotent stem cells underlying plant vitality |
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| Project/Area Number |
17H06471
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
五島 剛太 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (20447840)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 豊 国立遺伝学研究所, ゲノム・進化研究系, 教授 (40345872)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2022-03-31
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| Keywords | 植物分子遺伝学 / 細胞生物学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
幹細胞の新生と維持にはしばしば「非対称分裂」（=2つの娘細胞が異なる性質を呈するような細胞分裂様式）を伴う。本計画研究班は、植物細胞が行う非対称分裂の一連の過程、すなわち「細胞極性の確立・分裂・分化と維持」機構の解明を通じて、植物生存の永続性を支える基盤となる植物幹細胞の新生と維持の分子基盤に迫るとともに、植物幹細胞生物学分野の創生に貢献することを目指している。
最近確立したヒメツリガネゴケの新しい遺伝子編集技術（Yi and Goshima. 2020a）とライブイメージングを駆使して、幹細胞新生のための細胞の分枝と分裂の仕組みを明らかにした（Yi and Goshima. 2020b）。この研究ではまず、細胞骨格であるアクチン繊維と微小管の連続的な働きにより、分枝の根元に細胞核が移動して分裂することで、細胞質分裂後に核が分枝部分にも配置されることを見出した。アクチン繊維の重合を制御しているのは低分子量GTPタンパク質であった。この非対称分裂の結果、分枝細胞は幹細胞性を獲得するとともに対称性を取り戻し、分枝と分裂を同様に繰り返すことで、植物体が平面状を広がっていくことがわかった。
イネを用いてこれまでに多数単離されている球状型胚形成突然変異体のうち、非対称分裂に関わることが知られているGLE4経路のレセプター突然変異体o-192について、原因遺伝子となるO192遺伝子の発現解析を行った。受粉後2日目以降O192遺伝子の発現がin situハイブリダイゼーションにより胚全体で確認された。GFPレポーターをO192プロモーターで発現させる実験でも同様の結果が得られた。一方で、同じプロモーターにO192cDNAとGFPを融合し発現させたところO192::GFP融合タンパク質は胚の上部にのみその発現が観察された。この結果から、イネ初期胚において基部領域の形成・維持に関わるO192タンパク質は、翻訳もしくは翻訳語制御により胚の頂部領域に局在し機能すると考えられた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ヒメツリガネゴケの逆遺伝学プロジェクトで予期しない表現型が出て予定外のタンパク質実験を追加実施したため遅れは生じたが、最終的に、本研究課題の主要仮説の一つを実証する原著論文を公表できたため。イネのプロジェクトについても、非対称分裂と胚の極性に関する因子の翻訳もしくは翻訳後制御に関するデータがまとまり、論文執筆に取り掛かることができているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）ヒメツリガネゴケ
微小管結合因子、キネシンモーター、シグナル伝達分子、極性化に重要な役割を果たすことが濃厚な因子の破壊株を網羅的に作出する逆遺伝学を継続するとともに、見つかった興味深い遺伝子について、細胞内動態解析を行う。最近、マイクロ流路デバイスを用いた高解像度幹細胞ライブイメージング法を確立できたので、変異体の顕微鏡観察実験を加速させる。特に、紡錘体や核の配置に関わる微小管結合因子について興味深い表現型を見出しているので、重点的に解析する。
（２）イネ
新規球状型イネ胚形成突然変異体の原因遺伝子の機能を五島と協力し、イネ及びヒメツリガネの細胞生物学アプローチを組み合わせて解析する。具体的には新規球状型イネ胚形成突然変異系統由来の変異型胚と野生型胚の初期胚を単離しRNA-seq解析により遺伝子発現プロファイルの比較を行うことにより、変異型の分子レベルでの表現型を明らかにする。
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