Elucidation of logics of root growth and development

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Multidimensional Exploration of Logics of Plant Development
• Project/Area Number: 25113003
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 深城 英弘 神戸大学, 理学研究科, 教授 (80324979)
• Project Period (FY): 2013-06-28 – 2018-03-31
• Keywords: 根 / 側根形成 / 放射パターン形成 / ペプチドホルモン / シロイヌナズナ / ミチタネツケバナ / オーキシン

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、植物が進化させてきた「根の成長・発生ロジック」の解明を目指し、シロイヌナズナおよび近縁種のタネツケバナ属ミチタネツケバナを用いて以下の３つの研究項目に取り組んだ。
＜研究項目１：側根の発生ロジック＞シロイヌナズナの側根形成開始を制御する鍵転写因子LBD16の下流遺伝子のうち、MAKR4は側根形成開始を正に制御し、TOLS2、およびPUCHI（AP2型転写因子）は側根形成開始を負に制御する。TOLS2は低分子分泌型ペプチドをコードしており、PUCHIの機能に一部依存して側根形成開始を抑制する。これまで国内共同研究により、成熟型TOLS2ペプチドが、水酸化プロリンを含む11アミノ酸からなることを明らかにし、TOLS2受容体として既知のLRR-RKタンパク質であるRKL7を同定することに成功した。また、順遺伝学的に同定したTOLS2-PUCHIによる側根形成抑制シグナリングに関わる複数の因子について発現および機能解析を行った。これらの解析から、主根先端部において側根を形成させる能力を持つ部位から、側根創始細胞が特定・選択される際に、側方抑制の機構が働くこと、およびその過程にTOLS2ペプチド-受容体によるシグナリングが働くことを明らかにした。
＜研究項目２：放射パターン形成ロジック＞根の皮層の多層化機構を明らかにする目的で、根の皮層が２層からなるミチタネツケバナを用いて、皮層・内皮始原細胞の娘細胞における並層分裂の様式に異常を示す複数の変異体の原因遺伝子候補を同定した。
＜研究項目３：根の成長・発生を制御する未知の代謝システム＞根端分裂組織の維持に必須なプラスチド型フルクトース1,6-二リン酸アルドラーゼ（FBA）の変異体の解析から、胚発生におけるFBAを介した糖代謝が、オーキシン極性輸送や子葉原基の細胞分裂に大きく影響することが示唆された。

Research Progress Status

平成29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] VIB(ベルギー)
  • Country Name: BELGIUM
  • Counterpart Institution: VIB
• [Int'l Joint Research] Universite de Montpellier(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: Universite de Montpellier
• [Int'l Joint Research] University of Nottingham(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: University of Nottingham
• [Int'l Joint Research] Universidad de Castilla La ManchaToledo(スペイン)
  • Country Name: SPAIN
  • Counterpart Institution: Universidad de Castilla La ManchaToledo
• [Journal Article] Lateral Inhibition by a Peptide Hormone-Receptor Cascade during Arabidopsis Lateral Root Founder Cell Formation (2019)
  • Author(s): Toyokura Koichi、Goh Tatsuaki、Shinohara Hidefumi、Shinoda Akinori、Kondo Yuki、Okamoto Yoshie、Uehara Takeo、Fujimoto Koichi、Okushima Yoko、Ikeyama Yoshifumi、Nakajima Keiji、Mimura Tetsuro、Tasaka Masao、Matsubayashi Yoshikatsu、Fukaki Hidehiro
  • Journal Title: Developmental Cell Volume: 48 Pages: 64～75.e5
  • DOI: doi: 10.1016/j.devcel.2018.11.031
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Root branching toward water involves posttranslational modification of transcription factor ARF7 (2018)
  • Author(s): Orosa-Puente, B., Leftley, N., von Wangenheim, D., Banda, J., Srivastava, A,K., Hill, K., Truskina, J., Bhosale, R., Morris, E.,Srivastava, M., Kumpers, B., Goh, T., Fukaki, H., Vermeer, J.E.M., Teva Vernoux, Dinneny, J.R., French, A.P., Bishopp, A., Sadanandom, A., and Bennett, M.J.
  • Journal Title: Science Volume: 362 Pages: 1407～1410
  • DOI: doi: 10.1126/science.aau3956
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Jasmonic acid inhibits auxin-induced lateral rooting independently of the CORONATINE INSENSITIVE 1 receptor (2018)
  • Author(s): Ishimaru Yasuhiro、Hayashi Ken-ichiro、Suzuki Takeshi、Fukaki Hidehiro、Prusinska Justyna、Meesters Christian、Quareshy Mussa、Egoshi Yuusuke、Matsuura Hideyuki、Takahashi Kosaku、Kato Nobuki、Kombrink Erich、Napier Richard M.、Hayashi Kengo、Ueda Minoru
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: 177 Pages: 1704-1716
  • DOI: doi: 10.1104/pp.18.00357
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Molecular components of Arabidopsis intact vacuoles clarified with metabolomic and proteomic analyses (2018)
  • Author(s): Ohnishi Miwa、Anegawa Aya、Sugiyama Yuko、Harada Kazuo、Oikawa Akira、Nakayama Yasumune、Matsuda Fumio、Nakamura Yukiko、Sasaki Ryosuke、Shichijo Chizuko、Hatcher Patrick G、Fukaki Hidehiro、Kanaya Shigehiko、Aoki Koh、Yamazaki Mami、Fukusaki Eiichiro、Saito Kazuki、Mimura Tetsuro
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 59 Pages: 1353-1362
  • DOI: doi: 10.1093/pcp/pcy069
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Inositol Hexakis Phosphate is the Seasonal Phosphorus Reservoir in the Deciduous Woody Plant Populus alba L. (2017)
  • Author(s): Kurita Yuko、Baba Kei’ichi、Ohnishi Miwa、Matsubara Ryosuke、Kosuge Keiko、Anegawa Aya、Shichijo Chizuko、Ishizaki Kimitsune、Kaneko Yasuko、Hayashi Masahiko、Suzaki Toshinobu、Fukaki Hidehiro、Mimura Tetsuro
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 58 Pages: 1477～1485
  • DOI: doi: 10.1093/pcp/pcx106
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular Transducers from Roots Are Triggered in Arabidopsis Leaves by Root-Knot Nematodes for Successful Feeding Site Formation: A Conserved Post-Embryogenic De novo Organogenesis Program? (2017)
  • Author(s): Olmo Rocio、Cabrera Javier、Moreno-Risueno Miguel A.、Fukaki Hidehiro、Fenoll Carmen、Escobar Carolina
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 8 Pages: 875～888
  • DOI: doi: 10.3389/fpls.2017.00875
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] シロイヌナズナ側根形成を抑制するTOLS2 ペプチドに対する応答異常変異体の解析 (2018)
  • Author(s): 西丸 陸，青木 優佳，豊倉 浩一，篠田 明徳，郷 達明，石崎 公庸，三村 徹郎，深城 英弘
  • Organizer: 日本植物学会 第82回大会、広島、2018.9、国内、ポスター発表
• [Presentation] シロイヌナズナ側根形成能が顕著に低下するfewer roots変異体のサプレッサー変異体の解析 (2018)
  • Author(s): 田井中 芳樹，郷 達明，石崎 公庸，三村 徹郎，深城 英弘
  • Organizer: 日本植物学会 第82回大会、広島、2018.9、国内、ポスター発表
• [Presentation] シロイヌナズナ側根形成を抑制するTOLS2 ペプチドに対する高感受性変異体の解析 (2017)
  • Author(s): 青木 優佳，豊倉 浩一，篠田 明徳，郷 達明，石崎 公庸，三村 徹郎，深城 英弘
  • Organizer: 日本植物学会 第81回大会、野田、2017.9、国内、ポスター発表
• [Presentation] シロイヌナズナ側根形成を抑制するTOLS2類似ペプチドの解析 (2017)
  • Author(s): 久内 彩洋子，豊倉 浩一，篠田 明徳，郷 達明，石崎 公庸，三村 徹郎，深城 英弘
  • Organizer: 日本植物学会 第81回大会、野田、2017.9、国内、ポスター発表
• [Presentation] Control of root system architecture through auxin-mediated lateral root formation (2017)
  • Author(s): Hidehiro Fukaki
  • Organizer: Bilateral Closure Symposium of GDRI Integrative Plant Biology Network、Domaine Lyon Saint- Joseph, Lyon, France、2017.10
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Mechanisms of Auxin-Regulated Lateral Root Formation in Arabidopsis (2017)
  • Author(s): Hidehiro Fukaki
  • Organizer: Taiwan-Japan Plant Biology 2017、Academia Sinica, Taipei, Taiwan、2017.11
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Remarks] 教員紹介webページ
  • URL: http://www.edu.kobe-u.ac.jp/fsci-biol/faculty/fukaki.html
• [Remarks] 研究室webページ
  • URL: http://www.research.kobe-u.ac.jp/fsci-fukaki/fukaki/fukaki_laboratory.html
• [Remarks] 根が適切な間隔で分岐する仕組みに働く植物ペプチドを発見
  • URL: http://www.kobe-u.ac.jp/research_at_kobe/NEWS/news/2019_01_07_01.html