細胞運命の決定過程における発生特異的周期性と概日時計の相互作用

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Intrinsic periodicity of cellular systems and its modulation as the driving force behind plant development
• Project/Area Number: 19H05674
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 遠藤 求 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (80551499)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2024-03-31
• Keywords: 概日時計 / 長距離シグナル伝達

Outline of Annual Research Achievements

植物には、光や温度などの外界の環境変化に応じて、自らの生活サイクルを調整する概日時計が存在する。この概日時計は、24時間の周期性を持ち、様々な生理現象や発生過程に深く関わっている。従来、植物の概日時計遺伝子は、ほぼ全ての器官・組織で発現していることから、どの部位でも同じような機能を持つと考えられていたが、最近の研究からは、器官・組織ごとに異なる特性を持つことが明らかにされつつあることが明らかにされつつある。こうした状況を受け、そうした組織特異的な時計によって計測されるリズムをどのように統合し、発生や生理応答へとつなげているかに解析の焦点は移りつつあった。
そこで、本研究では解析が遅れている根の概日時計の役割を明らかにするため、まず根に摂動を与えた時の影響を調べた。根は栄養吸収のための器官であることから、さまざまな栄養欠乏条件で植物を育てたところ、カリウム欠乏条件で顕著に地上部の概日リズムに影響を及ぼすことを見出した。そこで接ぎ木を用いて根だけを時計変異体にしたところ、カリウム存在条件下においても概日リズムの周期が不安定化する現象が見出され、根の概日リズムは間接的に地上部の概日リズムの安定性を制御していることを見出した。先と同様に部分照射や接ぎ木実験などから、今度は先と逆に、地上部の概日時計が根における周期的な根毛伸長を制御していることが明らかとなった。
これまで器官・組織特異的な概日時計は知られており、また、それらの概日時計が計測する時間情報は長距離に伝達することは示されていたものの、以上、2つの実験より、これらのシグナルは双方向的であることが初めて示された。本研究は、根と地上部の概日時計がフィードバックループを形成している可能性を初めて示した点で新しい。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

根から地上部へのシグナル伝達に関する論文は既に発表済みであり、地上部から根へのシグナル伝達に関する論文も近々受理される見込みである。

Strategy for Future Research Activity

現在、こうした長距離シグナル分子の実体を明らかにするため、篩管液（道管液）中の糖濃度や代謝産物あるいはタンパク質等の量の変動を検出しようと試みている。これらの解析によって変動する物質を同定できれば、依然として謎の多い時間情報の長距離輸送メカニズムを明らかにできると期待される。
また、根においては一部の概日時計遺伝子の発現パターンは同調が見られず、これまでの概日時計の理解では説明ができないことから、現在、背景にある分子メカニズムを明らかにするため、前年度までに実施したRNA-seqの解析を行っている。

Research Products

• [Journal Article] Root PRR7 improves the accuracy of the shoot circadian clock through nutrient transport. (2023)
  • Author(s): Uemoto K, Mori F, Yamauchi S, Kubota A, Takahashi N, Egashira H, Kunimoto Y, Araki T, Takemiya A, Ito H, Endo M
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 64 Pages: 352-362
  • DOI: 10.1093/pcp/pcad003.
  • Peer Reviewed / Open Access