• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to project page

2020 Fiscal Year Annual Research Report

Mechanisms of basic mechanisms and diverity in leaf development

Planned Research

Project AreaIntrinsic periodicity of cellular systems and its modulation as the driving force behind plant development
Project/Area Number 19H05672
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

塚谷 裕一  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (90260512)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 堀口 吾朗  立教大学, 理学部, 教授 (70342847)
Project Period (FY) 2019-06-28 – 2024-03-31
Keywords葉原基 / エボデボ / 数理解析 / 細胞分裂動態 / 輪郭形状
Outline of Annual Research Achievements

ミズハコベの異型葉性に関し、原基発生の比較、細胞の分裂や形状の差異をin situ解析系と共に報告した(Koga et al. 2020 Front Plant Sci)。またアワゴケ属中では生活型と気孔幹細胞の増幅分裂の有無が連関すること、また転写因子発現パターンが異なることを見出した(Doll et al. 2021, PNAS)。
Monophyllaea属は無限成長する子葉を持つ代わり、葉原基を作るSAM活性を持たない。シロイヌナズナのLAMとSAMの鍵遺伝子の発現を解析したところ、LAM制御のAN3が、MonophyllaeaではSTMと共に子葉基部メリステムで発現していた(Kinoshita et al. 2020 Front Plant Sci)。
通常の葉と異なり向軸面を欠く単面葉では、DLが葉の厚さ方向に発現することで葉に平面性を与える。その軸座標が何か謎だったが、Juncus属で解析した結果、オーキシン応答極大がその軸座標である可能性が示された(Nukazuka et al. 2021, Plant Phys)。
AN3が機能欠損すると葉の細胞数が激減する代わりに細胞サイズが異常肥大する。この抑圧変異の一つxs2の原因遺伝子は、カチオンチャネルをコードし、かつサリチル酸(SA)応答に関わる因子であることが判明した(Fujikura et al. 2020 PLOS Genet)。またAN3はヒメツリガネゴケで茎葉体の形成に関わり、またアルギニン代謝に強く影響することが判明した(Kawade et al. 2020 Cell Rep)。一方ヒメツリガネゴケゲノムには、植物特有のドメインを欠くANホモログがある。ヒメツリガネゴケでもシロイヌナズナでも、これは通常タイプのANと同様の機能を有していた(Takechi et al. 2021 Plant J)。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

本課題においては、モデル植物に加え、葉の輪郭形状・発生様式が特異な植物群を用いて、種に固有の葉形状ができる仕組みを解明すること、また水中・気中で大きく葉の輪郭や表皮細胞の形状が変化するミズハコベを用い、細胞形状の変化がどれだけ器官形状に影響するか、解析を進めることを目標に掲げている。現時点では、新型コロナウイルスの感染防止のための行動抑制が東京都、東京大学双方のレベルで長い間かかっており、実験活動も通常の4-6割程度に抑制せざるを得ない状況が続いているが、様々な工夫により、予定通り各種の材料について研究が進んでいる。また数理シュミレーションの立ち上げも順調である。特筆すべきはそれに加え、水陸両用植物のミズハコベを用いた、細胞形状が葉の輪郭に及ぼす寄与の解析について、担当学生の一人のセレンディピティにより、予想外の発見があった。水陸両用型の植物・ミズハコベは、陸上型に特化したアワゴケ、完全水中適応したチシマミズハコベなど多様な生態型の近縁種を持つ。これら近縁種間で葉にできる気孔の形成過程を比較した結果、生態型と対応した気孔幹細胞の分裂パターンの違いが発見された。すなわち陸上種では気孔幹細胞がシロイヌナズナで知られているように増幅分裂をするが、水陸両用種ではそれが起きないというものである。これはすでにDoll et al. 2021 PNASとして論文化もできており、当初の計画以上の進展と言える。

Strategy for Future Research Activity

1.葉の原基における細胞分裂動態解析と、その数理解析:画像情報解析支援班の近藤と協働で新たに確立した細胞分裂面の自動検出・解析手法を用い、予定通りに葉原基での細胞分裂動態を正確に数値化し、また細胞周期長推定を進める。さらにはこの知見を、葉の先端あるいは基部の形状が異常な変異体間で比較することで、これらの変調および安定化を司る個々の遺伝子を同定する。
2.葉の輪郭形状が特異な植物群を用いた葉輪郭制御のエボデボ:葉全体の形状から見て、いかにもリズムの変調が疑われるような特異な葉形態の植物種として、Callicarpa saccate, Monophyllaea glabra, そしてGuarea glabraについてはすでに基本データの取得に成功しており、一部は論文で報告済みの段階まで来ている。これらおよび今後さらに予定している他の特徴的形態の種類の葉を用い、葉原基の発生過程を通じて、上記1.のような解析を加えることで、両プロジェクトを融合させ完成に導く予定である。
3.水陸両用植物のミズハコベを用いた、細胞形状が葉の輪郭に及ぼす寄与の解析:基本的な発生プロセスの記載、水中葉と気中葉のにおける細胞形状の変化、また近縁種との比較RNAseq等の基本的データがまとまり、順次論文化も進んでいる。これについては気付き支援班の協力を得ながら予定通りの計画で解析を進めていく。

  • Research Products

    (31 results)

All 2021 2020 Other

All Journal Article (13 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Peer Reviewed: 13 results,  Open Access: 4 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 2 results) Book (1 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] A Pulse-chase EdU Method for Detection of Cell Division Orientation in Arabidopsis and Juncus prismatocarpus Leaf Primordia2021

    • Author(s)
      Yin Xiaofeng、Tsukaya Hirokazu
    • Journal Title

      BIO-PROTOCOL

      Volume: 11 Pages: e3882

    • DOI

      10.21769/BioProtoc.3882

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Two atypical ANGUSTIFOLIA without a plant‐specific C‐terminus regulate gametophore and sporophyte shapes in the moss Physcomitrium (Physcomitrella) patens2021

    • Author(s)
      Takechi Katsuaki、Nagase Hiroaki、Furuya Tomoyuki、Hattori Koro、Sato Yoshikatsu、Miyajima Kensuke、Higuchi Tomofumi、Matsuda Ryuya、Takio Susumu、Tsukaya Hirokazu、Takano Hiroyoshi
    • Journal Title

      The Plant Journal

      Volume: 105 Pages: 1390~1399

    • DOI

      10.1111/tpj.15121

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Stem integrity in Arabidopsis thaliana requires a load-bearing epidermis2021

    • Author(s)
      Asaoka Mariko、Ooe Mao、Gunji Shizuka、Milani Pascale、Runel Gael、Horiguchi Gorou、Hamant Olivier、Sawa Shinichiro、Tsukaya Hirokazu、Ferjani Ali
    • Journal Title

      Development

      Volume: 148 Pages: dev198028

    • DOI

      10.1242/dev.198028

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A Role for Auxin in Triggering Lamina Outgrowth of Unifacial Leaves2021

    • Author(s)
      Nukazuka Akira、Yamaguchi Takahiro、Tsukaya Hirokazu
    • Journal Title

      Plant Physiology

      Volume: - Pages: kiab087

    • DOI

      10.1093/plphys/kiab087

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Excess Pyrophosphate Restrains Pavement Cell Morphogenesis and Alters Organ Flatness in Arabidopsis thaliana2020

    • Author(s)
      Gunji Shizuka、Oda Yoshihisa、Takigawa-Imamura Hisako、Tsukaya Hirokazu、Ferjani Ali
    • Journal Title

      Frontiers in Plant Science

      Volume: 11 Pages: 31

    • DOI

      10.3389/fpls.2020.00031

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Dimorphic Leaf Development of the Aquatic Plant Callitriche palustris L. Through Differential Cell Division and Expansion2020

    • Author(s)
      Koga Hiroyuki、Doll Yuki、Hashimoto Kei、Toyooka Kiminori、Tsukaya Hirokazu
    • Journal Title

      Frontiers in Plant Science

      Volume: 11 Pages: 269

    • DOI

      10.3389/fpls.2020.00269

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Quantitative Imaging Reveals Distinct Contributions of SnRK2 and ABI3 in Plasmodesmatal Permeability in Physcomitrella patens2020

    • Author(s)
      Tomoi Takumi、Kawade Kensuke、Kitagawa Munenori、Sakata Yoichi、Tsukaya Hirokazu、Fujita Tomomichi
    • Journal Title

      Plant and Cell Physiology

      Volume: 61 Pages: 942~956

    • DOI

      10.1093/pcp/pcaa021

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] an3-Mediated Compensation Is Dependent on a Cell-Autonomous Mechanism in Leaf Epidermal Tissue2020

    • Author(s)
      Nozaki Mamoru、Kawade Kensuke、Horiguchi Gorou、Tsukaya Hirokazu
    • Journal Title

      Plant and Cell Physiology

      Volume: 61 Pages: 1181~1190

    • DOI

      10.1093/pcp/pcaa048

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Suppression of class I compensated cell enlargement by xs2?mutation is mediated by salicylic acid signaling2020

    • Author(s)
      Fujikura Ushio、Ezaki Kazune、Horiguchi Gorou、Seo Mitsunori、Kanno Yuri、Kamiya Yuji、Lenhard Michael、Tsukaya Hirokazu
    • Journal Title

      PLOS Genetics

      Volume: 16 Pages: e1008873

    • DOI

      10.1371/journal.pgen.1008873

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Expression Profiles of ANGUSTIFOLIA3 and SHOOT MERISTEMLESS, Key Genes for Meristematic Activity in a One-Leaf Plant Monophyllaea glabra, Revealed by Whole-Mount In Situ Hybridization2020

    • Author(s)
      Kinoshita Ayaka、Koga Hiroyuki、Tsukaya Hirokazu
    • Journal Title

      Frontiers in Plant Science

      Volume: 11 Pages: 1160

    • DOI

      10.3389/fpls.2020.01160

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Metabolic Control of Gametophore Shoot Formation through Arginine in the Moss Physcomitrium patens2020

    • Author(s)
      Kawade Kensuke、Horiguchi Gorou、Hirose Yuu、Oikawa Akira、Hirai Masami Yokota、Saito Kazuki、Fujita Tomomichi、Tsukaya Hirokazu
    • Journal Title

      Cell Reports

      Volume: 32 Pages: 108127~108127

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2020.108127

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Cell size regulation in the meristem2020

    • Author(s)
      Ezaki Kazune、Tsukaya Hirokazu
    • Journal Title

      PLANT MORPHOLOGY

      Volume: 32 Pages: 45~51

    • DOI

      10.5685/plmorphol.32.45

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] The bRPS6-Family Protein RFC3 Prevents Interference by the Splicing Factor CFM3b during Plastid rRNA Biogenesis in Arabidopsis thaliana2020

    • Author(s)
      Nagashima Yumi、Ohshiro Katsutomo、Iwase Akiyasu、Nakata Miyuki T.、Maekawa Shugo、Horiguchi Gorou
    • Journal Title

      Plants

      Volume: 9 Pages: 328~328

    • DOI

      10.3390/plants9030328

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Different Expression Patterns of the Key Transcription Factors Underlie the Diverse Patterns of Stomatal Development in the Genus Callitriche (アワゴケ属における気孔発生様式の多様性を生み出す鍵転写因子の発現パターン)2021

    • Author(s)
      ドル 有生、古賀 皓之、塚谷 裕一
    • Organizer
      植物生理学会 第62回大会
  • [Presentation] Destabilization of RPL12B by ubiquitin ligase SZK2-mediated ubiquitination is required for ribosome stress response (ユビキチンリガーゼSZK2 によるリボソームタンパク質RPL12B の不安定化がリボソームストレス応答に必要である)2021

    • Author(s)
      前川 修吾、五十嵐 幹太、深田 かなえ、高原 正裕、西村 奎亮、塚谷 裕一、堀口 吾朗
    • Organizer
      植物生理学会 第62回大会
  • [Presentation] Ectopic auxin accumulation and subsequent activation of cell cycling trigger spontaneous callus formation on hope-1 mutant hypocotyls (hope-1 変異体の胚軸上に自発的に生じるカルスは異所的なオーキシンの蓄積とそれに伴う細胞分裂の活性化によって引き起こされる)2021

    • Author(s)
      白鳥 みづき、高橋 和希、多部田 弘光、古賀 晧之、郡司 玄、堀口 吾郎、平井 優美、塚谷 裕一、Ali Ferjani
    • Organizer
      植物生理学会 第62回大会
  • [Presentation] A Novel Transcriptional Network that Underpins Stem Structural and Mechanical Integrity by Regulating Radial Cell Growth (花茎の整合性維持を担う転写因子群に関する形態学的およびトランスクリプトーム解析)2021

    • Author(s)
      浅岡 真理子、坂本 真吾、古賀 皓之、郡司 玄、光田 展隆、塚谷 裕一、澤 進一郎、Olivier Hamant、Ali Ferjani
    • Organizer
      植物生理学会 第62回大会
  • [Presentation] Spatio-temporal analyses revealed that the effects of excess pyrophosphate on leaf development are cell-autonomous (ピロリン酸の過剰蓄積が葉の発生に及ぼす影響は細胞自立的な性質を持つ)2021

    • Author(s)
      郡司 玄、川出 健介、多部田 弘光、堀口 吾朗、浅岡 真理子、及川 彰、平井 優美、塚谷 裕一、Ali Ferjani
    • Organizer
      植物生理学会 第62回大会
  • [Presentation] Investigation of molecular mechanisms which enable indeterminate growth of compound leaves in genera Guarea and Chisocheton (Guarea属やChisocheton属における複葉無限成長の分子機構の解析)2020

    • Author(s)
      森山 安武、塚谷 裕一、古賀 皓之
    • Organizer
      日本進化学会 第22回大会
  • [Presentation] Comparative transcriptomic approaches toward understanding the evolution of a drastic phenotypic plasticity of leaf in amphibious plants2020

    • Author(s)
      Koga H.
    • Organizer
      JSDB Online Trial Meeting
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 分裂と伸長の視点から葉のエボデボが探れるか2020

    • Author(s)
      塚谷 裕一
    • Organizer
      日本植物学会 第84回大会
    • Invited
  • [Presentation] ヒメツリガネゴケで茎葉体・胞子体の伸長に関与する4つのANGUSTIFOLIA相同遺伝子2020

    • Author(s)
      高野 博嘉、武智 克彰、古谷 朋之、佐藤 良勝、矢部 智幸、永瀬 寛朗、服部 考郎、塚谷 裕一
    • Organizer
      日本植物学会 第84回大会
  • [Presentation] ゼニゴケ精子変態時の細胞構造の再編成におけるオートファジーの役割の解析2020

    • Author(s)
      法月 拓也、南野 尚紀、上田 貴志
    • Organizer
      日本植物学会 第84回大会
  • [Presentation] リボソームストレスシグナル伝達の鍵因子RING型ユビキチンリガーゼSZK2とリボソームタンパク質RPL12Bの関係2020

    • Author(s)
      前川 修吾、五十嵐 幹太、深田 かなえ、高原 正裕、西村 奎亮、塚谷 裕一、堀口 吾朗
    • Organizer
      日本植物学会 第84回大会
  • [Presentation] シロイヌナズナrfc3変異における側根形成以上にはリボソームストレス応答因子SZK1が関与する2020

    • Author(s)
      堀口 吾朗、長嶋 友美、前川 修吾、中田 未友希、塚谷 裕一
    • Organizer
      日本植物学会 第84回大会
  • [Presentation] 茎葉体の発生と代謝をつなぐ転写調節ネットワーク2020

    • Author(s)
      川出 健介、広瀬 侑、堀口 吾朗、及川 彰、平井 優美、斉藤 和季、藤田 知道、塚谷 裕一
    • Organizer
      日本植物学会 第84回大会
  • [Presentation] 水草ミズハコベの水没に応答した気孔分化抑制におけるABAの役割2020

    • Author(s)
      ドル 有生、古賀 皓之、塚谷 裕一
    • Organizer
      日本植物学会 第84回大会
  • [Presentation] コケ植物精子のミトコンドリアの数はどのように決まるのか?2020

    • Author(s)
      法月 拓也
    • Organizer
      第7回 生殖若手の会
  • [Book] 三訂版 植物の科学2021

    • Author(s)
      塚谷 裕一、荒木 崇
    • Total Pages
      297
    • Publisher
      NHK出版
    • ISBN
      978-4-595-32284-6
  • [Remarks] 立教大学 理学部 生命理学科 分子植物発生学研究室

    • URL

      https://sites.google.com/rikkyo.ac.jp/rikkyo-horiguchi-lab/home

  • [Remarks] 東京大学大学院理学系研究科 生物科学専攻 発生進化研究室

    • URL

      https://www.bs.s.u-tokyo.ac.jp/~bionev2/

URL: 

Published: 2021-12-27  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi