2017 Fiscal Year Annual Research Report
Study on role of phytohormones in regulation of stem cell proliferation
| Project Area | Principles of pluripotent stem cells underlying plant vitality |
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| Project/Area Number |
17H06473
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
榊原 均 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (20242852)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
芦苅 基行 名古屋大学, 生物機能開発利用研究センター, 教授 (80324383)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2022-03-31
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| Keywords | 幹細胞 / サイトカイニン / 植物ホルモン / 節幹細胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
茎頂幹細胞の増殖制御機構の解明
サイトカイニン生合成（IPT3, CYP735A2）と輸送（PUP14）、受容（AHK）遺伝子のプロモーター：構造遺伝子ー蛍光タンパク質のコンストラクトを導入したシロイヌナズナのラインの作出を行ない、茎頂領域においてこれらの蛍光が観察可能であることを確認した。これと並行して、IPT多重変異体、LOG多重変異体、ABCG14変異体における茎頂幹細胞を含む分裂組織（SAM）のサイズと分裂活性を解析した結果、ABCG14により輸送されるサイトカイニン前駆体はSAM全体の細胞の分裂活性に関与すること、LOGにより活性型となるサイトカイニンは特にSAM表層部や葉原基を形成する細胞の分裂活性にも大きく寄与することを示唆する結果を得た。
ABCG14の生化学的機能解析においては、ABCG14過剰発現シロイヌナズナ培養細胞の系を用いて、ABCG14発現誘導後に培地中のサイトカイニン濃度が顕著に上昇することを明らかにした。各種阻害剤処理の影響から、塩基型以外のサイトカイニンを排出する活性を持つことを明らかにした。
節幹細胞の活性化と増殖維持機構の解明
イネの茎伸長は節間に存在する介在分裂組織の活性化（細胞分裂）によって引き起こされるが、これまでイネの節介在分裂組織の存在場所は不明であった。そこで、細胞分裂マーカー（EDU）を用いて、節間伸長時の細胞分裂を観察し、節伸長時特異的に急激な細胞分裂を行う領域を見いだすことに成功した。また、イネの節間伸長時には節間内に随空が形成されるが、介在分裂の活性化のタイミングで介在分裂組織周辺では細胞死が起こっていることを明らかにし、イネの節間構造形成の仕組みの一端を明らかにした。
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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
茎頂幹細胞の分裂維持機構へのサイトカイニンの役割を解析するための基本的なツール（プロモーター：構造遺伝子ー蛍光タンパク質発現シロイヌナズナ）を作出した。本格的な観察はこれからであるが、
これと並行して行なったサイトカイニン輸送系・合成系遺伝子変異体の解析から、輸送系と合成系の機能欠損が茎頂分裂組織内で与える影響に違いを見出せたことから、これらの空間的配置の重要性を支持する結果を得ることができた。
また、ABCG14の機能同定についても、最終的な輸送基質同定に近い段階にまで進むことができた。
節幹細胞の活性化と増殖維持機構の解明についても計画通りに進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、今年度作出したシロイヌナズナを用いて、茎頂領域においてこれらの遺伝子が機能する組織と細胞を特定し、茎頂幹細胞周辺におけるサイトカイニン生合成・輸送・受容細胞の空間的配置を明らかにする。また、サイトカイニンの輸送体遺伝子 ABCG14の輸送基質として候補となったサイトカイニンヌクレオシドおよびヌクレオチドについて、さらに解析を進め最終的な同定を行う。さらにサイトカイニン活性化酵素LOGと受容体AHKの茎頂幹細胞付近での発現部位を改変した植物を作出し、その表現型を調査し、幹細胞の分裂活性維持におけるサイトカイニン空間的動態の重要性を明らかにする。
節幹細胞の活性化と増殖維持機構の解明についても引き続き、浮きイネなどイネの多様性を利用して、介在分裂組織の活性化のしくみの解明に取り組む。
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[Journal Article] The reduction in maize leaf growth under mild drought affects the transition between cell division and cell expansion and cannot be restored by elevated gibberellic acid levels2018
Author(s)
Nelissen H, Sun XH, Rymen B, Jikumaru Y, Kojima M, Takebayashi Y, Abbeloos R, Demuynck K, Storme V, Vuylsteke M, De Block J, Herman D, Coppens F, Maere S, Kamiya Y, Sakakibara H, Beemster GTS, Inze; D.
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Journal Title
Plant Biotechnol Journal
Volume: 16
Pages: 615-627
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Rice leaf hydrophobicity and gas films are conferred by a wax synthesis gene (LGF1) and contribute to flood tolerance2018
Author(s)
Kurokawa Y, Nagai N, Hung PD, Shimazaki K, Qu H, Mori Y, Toda Y, Kuroha K, Hayashi N, Aiga S, Itoh J, Yoshimura A, Sasaki-Sekimoto Y, Ohta H, Shimojima M, Malik AI, Pedersen O, Colmer TD, Ashikari M.
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Journal Title
New Phytologist
Volume: 2018
Pages: in press
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Time-Course Transcriptomics Analysis Reveals Key Responses of Submerged Deepwater Rice to Flooding2018
Author(s)
Minami A, Yano K, Gamuyao R, Nagai K, Kuroha T, Ayano M, Nakamori M, Koike M, Kondo Y, Niimi Y, Kuwata K, Suzuki T, Higashiyama T, Takebayashi Y, Kojima M, Sakakibara H, Toyoda A, Fujiyama A, Kurata N, Ashikari M, Reuscher S.
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Journal Title
Plant Physiology
Volume: 176
Pages: 3081-3102
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Global transcriptional responses identified differentially expressed genes that are coupled with internode elongation of deepwater rice under submergence2017
Author(s)
Minami A, Yano K, Gamuyao R, Nagai K, Kuroha T, Ayano M, Nakamori M, Koike M, Kondo Y, Kuwata K, Suzuki T, Higashiyama T, Takebayashi Y, Kojima M, Sakakibara H, Toyoda A, Fujiyama A, Kurata N, Ashikari M, Reuscher S.
Organizer
Plant Biology 2017
Int'l Joint Research
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