2020 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, 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 |
マメ科植物の根粒形成は分化した根の皮層細胞が分裂することから始まることから、これを幹細胞の新生と位置づけた。本研究では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について着目し、ミヤコグサにおいてNINが側根形成に重要な転写因子の遺伝子発現を直接制御することを見出し、根粒形成が側根形成から進化したことを明らかにしてきた。本年度はこれまでに確立した植物の１細胞RNA-seq法を用いて解析を進めるとともに、新たに単離核を用いたRNA-seq法を確立した。また、幹細胞新生は皮層のごく一部の細胞で誘導されるため、細胞周期の可視化によりNINを含めた上流因子の役割を明らかにした。さらに、幹細胞新生におけるエピゲノム状態を解析するために新たにATAC-seq法の条件検討を試みた。
陸上植物進化の基部に位置するゼニゴケは、栄養成長期に杯状体という器官を形成し、内部に多数の独立したクローン個体（無性芽）を形成することで、無性的に増殖する。本研究では、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に焦点をあてて解析している。また、公募の西浜班との共同研究でGCAM1の種内パラログGC1Lの解析も進めている。本年度はGCAM1下流で制御される幹細胞制御因子候補の絞り込みを行い、1R-MYB型転写因子をコードするGROM遺伝子が杯状体形成に重要な機能をもつことを明らかにした。また、葉状体の基部側切断片からの幹細胞新生プロセスを制御するGC1Lの機能を解明するため、発現パターン解析や誘導過剰発現体の作出を完了し、GCL1とGCAM1下流の遺伝子制御ネットワーク解析も進めた。
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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
プロトプラストを用いた１細胞RNA-seqでは皮層細胞が濃縮されているために細胞種の全体像を把握できなかったが、単離核を用いることでクラスタリングが明確になった。また、NINが皮層の細胞分裂においてG2/M期を制御していることを明らかにした。さらに、ATAC-seq法の条件検討を行い、これまで報告のあるシロイヌナズナと同様の結果を得ることができた。
幹細胞新生を制御するGCAM1とそのパラログであるGC1Lについては、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順調に機能解析が進んでいる。また新型コロナウィルス感染症の影響により、実施計画を一部繰り越したGCAM1クロマチン免疫沈降実験については、2021年度に無事完遂することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
１細胞RNA-seqのデータを蓄積するとともに、新たに確立したATAC-seq法でのエピゲノム解析を進め、また１細胞ATAC-seqの条件検討を行う。さらに、根粒形成の初期に不全を示す変異体を活用したRNA-seqにより遺伝子制御ネットワークを構築する。
GCAM1下流で杯状体形成を促進する機能をもつGROM遺伝子について、その詳細な機能解析を進める。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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[Journal Article] Multi-omics analysis on an agroecosystem reveals the significant role of organic nitrogen to increase agricultural crop yield2020
Author(s)
Ichihashi Y, Date Y, Shino A, Shimizu T, Shibata A, Kumaishi K, Funahashi F, Wakayama K, Yamazaki K, Umezawa A, Sato T, Kobayashi M, Kamimura M, Kusano M, Che FS, O Brien M, Tanoi K, Hayashi M, Nakamura R, Shirasu K, Kikuchi J, Nihei N
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Journal Title
Proceedings of the National Academy of Sciences
Volume: 117
Pages: 14552～14560
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Design principles of a minimal auxin response system2020
Author(s)
Kato Hirotaka、Mutte Sumanth K.、Suzuki Hidemasa、Crespo Isidro、Das Shubhajit、Radoeva Tatyana、Fontana Mattia、Yoshitake Yoshihiro、Hainiwa Emi、van den Berg Willy、Lindhoud Simon、Ishizaki Kimitsune、Hohlbein Johannes、Borst Jan Willem、Boer D. Roeland、Nishihama Ryuichi、Kohchi Takayuki、Weijers Dolf
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Journal Title
Nature Plants
Volume: 6
Pages: 473～482
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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