2019 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芦苅 基行 名古屋大学, 生物機能開発利用研究センター, 教授 (80324383) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2022-03-31
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| Keywords | 多能性幹細胞 / サイトカイニン / 植物ホルモン / 節間伸長 / シロイヌナズナ / イネ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
サイトカイニンの根から地上部への輸送を司るABCG14の輸送特性の解析を、シロイヌナズナ培養細胞T87での薬剤誘導発現系を用いて行い、輸送基質がヌクレオチド型前駆体（iPRPs, tZRPs）であるとの結論に至った。
茎頂部でのLOGの発現はL1層に限定されている一方で、受容体AHKはオーガナイズセンターで発現している。両者の空間的分離の重要性や生物学的意義を検証するため、log123457六重変異体にLOG7pro:LOG7, CLV3pro:LOG7, またはWUSpro:LOG7を導入した形質転換植物を作出し、表現型を観察した。その結果、WUSpro:LOG7では葉間期の表現型の回復が起こらなかったことから、サイトカイニンの生産と受容の空間的配置が茎頂幹細胞の活性維持に関係することが示唆された。
イネの節間伸長を制御する２つの遺伝子を同定し、ACE1、DEC1と命名した。ACE1は未知のタンパク質をコードしており、浮きイネ型ACE1を日本型のイネに導入した形質転換体は、ジベレリン依存的に節間伸長した。ACE1は節間の介在分裂組織の活性化に関わっていると考えられ、ジベレリンと協調して節関伸長を促進する「アクセル」の役割をしていると考えられた。一方、DEC1は転写因子をコードしており、この遺伝子に変異を導入すると節間伸長が誘導され、逆にDEC1遺伝子を過剰発現したイネは矮性を示したことから、DEC1は節間の介在分裂組織の活性を負に制御する「ブレーキ」の機能を保持していることが考えられた。以上の様に、全く逆の作用を示す遺伝子のバランスによって節間伸長が制御されていることが明らかになった。また、ACE1およびDEC1を他のイネ化植物に導入したところ、同様の表現型を示したことから、ACE1、DEC1はイネ化で共通して節間伸長を制御していると考えられた。
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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
ABCG14の輸送基質がヌクレオチド型前駆体であることを明らかにできた。見かけ上、ABCG14発現培養細胞からはヌクレオシド型前駆体が分泌されるが、種々の阻害剤処理による詳細な解析により、真の輸送基質を同定できたことは、サイトカイニンの輸送統御機構を理解する上で、重要な知見である。
節間伸長の研究おいては、２つの制御鍵遺伝子ACE1とDEC1を同定できた。この２つの遺伝子によるアクセルとブレーキ制御とジベレリンの作用の関係を明らかにしたことは、イネ科植物の節間伸長の根本的なしくみを理解する上で極めて重要な知見である。
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| Strategy for Future Research Activity |
茎頂幹細胞増殖維持におけるサイトカイニン作用の役割については、ABCG14以外にサイトカイニン輸送に関わる新規輸送体の探索同定を進めるとともに、茎頂分裂組織におけるサイトカイニンの合成細胞と受容細胞の空間的分離の重要性や生物学的意義を検証するため、引き続き解析を進める。
イネの節間伸長の研究については、当初の目的を達成するための十分な知見を得たことから芦苅が研究分担者から外れ、残りの研究期間を榊原が担当する「茎頂幹細胞の増殖維持機構における植物ホルモンの役割の解析」に特化、集中する。
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