2018 Fiscal Year Annual Research Report
Neogenesis of plant stem cells by reprogramming
| Project Area | Principles of pluripotent stem cells underlying plant vitality |
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| Project/Area Number |
17H06472
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
林 誠 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, チームリーダー (30291933)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石崎 公庸 神戸大学, 理学研究科, 准教授 (00452293)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2022-03-31
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| Keywords | ゲノム / 発現制御 / 発生・分化 / 植物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物では個体発生が完了してから新たに器官が誘導されることがあり、既に運命決定され分化した細胞がリプログラムされ幹細胞を新生する。しかしながら、このリプログラミングによる植物幹細胞の新生機構の原理は明らかではない。そこで、マメ科植物の根粒形成およびコケ植物の杯状体形成に着目し、ある特定の分化細胞で幹細胞新生の鍵となる転写因子が活性化される機構とその鍵転写因子が分化細胞から幹細胞を新生する機構の２点を解析する。
根粒の発生において必須の役割を担うRWP-RK型転写因子NINについては、これが直接転写を制御する転写因子遺伝子のうち側根形成に関与するものについて、根粒形成への関与を明らかにした。またNIN遺伝子の発現を抑制的に制御する因子を新たに同定し、これがNIN遺伝子のシス領域に結合する転写因子複合体の活性化を調節していることを多面的に検証した。さらに１細胞RNA-seqの条件検討をおこない、シロイヌナズナ根端における既知の細胞種を同定できることを確認し、根粒の発生において最初の分裂が誘導される皮層での１細胞RNA-seq解析の目処が立った。
ゼニゴケ杯状体の底部で幹細胞新生に重要な役割をもつR2R3-MYB型転写因子GCAM1については、C末端側に蛍光タンパク質遺伝子をノックインした形質転換体を観察し、GCAM1が杯状体底部で発現していることを確認した。またシロイヌナズナにおけるGCAM1オーソログであるRAXの機能欠損表現型をGCAM1が部分的に相補することを示した。この結果はGCAM1による幹細胞新生の制御メカニズムが陸上植物で保存されていることを示唆している。加えて葉状体の基部側断片からのメリステム再生プロセスにおいて、GCAM1の種内パラログGC1LがGCAM1と冗長的に機能することを示唆する結果を得た。
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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
根粒の発生を制御するNINについては、皮層で機能する上流および下流の主要な転写制御機構が明らかになりつつあり、NINを中心とした遺伝子発現調節ネットワークを構築するための情報が蓄積しつつある。さらに植物における１細胞RNA-seq法を確立したことで、皮層における幹細胞新生に係わる遺伝子を逆遺伝学的に同定することが現実的になった。
幹細胞新生を制御するGCAM1については、ゼニゴケの杯状体形成における機能解析のデータがまとまりつつある。また、梅田班との共同研究からGCAM1発現制御の上流にサイトカイニンが関わっていることが明らかとなった。またGCAM1下流で制御される遺伝子についてもトランスクリプトーム解析のデータ解析が完了し、下流で幹細胞新生に関わる幾つかの制御因子候補については、ノックアウト変異体の作出を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
NINを中心とした遺伝子発現調節ネットワークを明らかにするため、特に皮層細胞の分裂誘導に着目した研究をさらに進める。このために、１細胞RNA-seq法を活用して皮層における経時的遺伝子発現変化を取得し、バルクRNA-seqとの比較により皮層細胞特異的な共発現ネットワークを構築する予定である。NIN遺伝子の発現制御機構については新たに複数の転写開始領域を同定しており、これらに結合する転写因子の網羅的スクリーニングを開始したい。一方、皮層細胞分裂と平行して根粒形成に寄与する表皮での菌感染についても遺伝子発現調節ネットワークを明らかにするための準備を進める。
GCAM1による転写制御のメカニズムを明らかにするため、GCAM1-Citrineノックイン株を用いた免疫沈降実験によるGCAM1相互作用因子の同定、およりクロマチン免疫沈降実験によるGCAM1結合DNA領域の解析を行う。また、GCAM1（＋GC1L）の機能誘導系による幹細胞増殖系を用いた、幹細胞組織におけるクロマチン動態の解析にも力を注ぐ予定である。その際、特にクロマチンが開いた状態の領域を解析するATAC-seq解析の遂行を急ぎたい。その他、GCAM1遺伝子の発現を上流で制御するサイトカイニンシグナル伝達系に関して解析（梅田班との共同研究）を進めるとともに、GCAM1のパラログGC1Lの機能解析（西浜班との共同研究）も進める予定である。
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Research Products
(29 results)
