細胞外シグナルと細胞内調節の相互作用による器官形成ロジックの多元的理解

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Multidimensional Exploration of Logics of Plant Development
• Project/Area Number: 25113006
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 柿本 辰男 大阪大学, 理学研究科, 教授 (70214260)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大島 良美 国立研究開発法人産業技術総合研究所, その他部局等, 研究員 (00722951) ; 松井 南 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, グループディレクター (80190396)
• Project Period (FY): 2013-06-28 – 2018-03-31
• Keywords: 分化 / 植物 / 発生 / 細胞分裂 / シグナル

Outline of Annual Research Achievements

本研究においては、植物の師部構成要素、内鞘細胞、及び根冠の細胞の分化を制御する鍵転写因子を同定することが大きな目標である。本研究の一つの目標は、内鞘細胞、篩部要素細胞、篩部伴細胞、根冠細胞のアイデンティティー決定因子を見出すことである。スクリーニングの結果、これまでに、過剰発現によって伴細胞を誘導する能力がある遺伝子、内鞘細胞を誘導できる遺伝子、根冠細胞を誘導することができる遺伝子などが見出された。内鞘細胞のアイデンティティー候補遺伝子に関しては、過剰発現がオーキシン依存的細胞分裂能を異所的に付与できること、転写抑制ドメイン融合タンパク質の発現によって側根形成を阻害できるなど、内鞘細胞機能に関する証拠が得られている。根冠細胞アイデンティティー付与因子に関しても、過剰発現実験と転写抑制ドメイン融合実験によって機能が確認できた。これらの作用が内在の遺伝子の役割を反映していることを確認する必要があり、多重変異体を作成している。それぞれの組織のアイデンティティー決定因子候補について多重変異体の作成を進めているが、現在までのところ、明確な表現型は現れておらず、多重変異体作成の際の突然変異体の組合わせの変更や、さらに高次の多重変異体の作成が必要である。これらの細胞アイデンティティー決定に関わる転写因子による転写ネットワークを解明するため、それぞれの遺伝子過剰発現株、転写抑制ドメイン融合タンパク質の発現株でのトランスクリプトーム解析も進め、さらに、松井氏との共同研究によって、転写因子結合DNA配列をgDB法で決定した。また、細胞間シグナル分子として、CLE9/10ペプチドの機能解析を進めた。CLE9/10ペプチドは葉の表皮細胞と、根の道管前駆細胞の両方で細胞増殖を負に制御しているが、それぞれの生理機能を調節する受容体は別であることがわかった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

篩部、内鞘細胞、根冠細胞の細胞アイデンティティー決定転写因子候補について、過剰発現と転写抑制ドメイン融合実験によって、機能を確認することができた。また、冗長的機能を持つと考えられる遺伝子について、多重突然変異体を作成しているが、今の所、表現型は確認できていない。これらの決定因子が支配する遺伝子群については、過剰発現時のマイクロアレー実験で明らかにできた。ペプチド性シグナル分子CLE9/10が葉の表皮細胞の数を制御するとともに、根の道管の数を制御していることがわかり、また、それぞれの現象について、CLE9/10の受容体も見出した。論文作成は急がなくてはならない。

Strategy for Future Research Activity

これまでの研究で見出された、師部細胞、内鞘細胞、根冠細胞へと分化させる能力をもつ転写因子について、CRISPR/Cas9法を取り入れた多重突然変異体の作成をさらに進めるとともに、得られている多重突然変異体については、定量的計測を入念に行い、表現型の確認をする。gDBによる転写因子結合配列の決定に関しては、転写因子によっては結合配列が非常に多く検出されたので、特異性の検討を行う。論文は至急作成する。

Research Products

• [Journal Article] Profiling and Characterization of Small RNAs in the Liverwort. (2016)
  • Author(s): Tsuzuki, M., Nishihama, R., Ishizaki, K., Kurihara, Y., Matsui, M.,他4名
  • Journal Title: Plant Cell Physiol. Volume: 57 Pages: 359-372
  • DOI: 10.1093/pcp/pcv182
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Rice OsVAMP714, a membrane-trafficking protein localized to the chloroplast and vacuolar membrane, is involved in esistance to rice blast disease. (2016)
  • Author(s): Sugano, S., Hayashi, N., Kawagoe, Y., Mochizuki, S., Inoue, H., Mori, M., Nishizawa, Y., Jiang, C. J., Matsui, M.他1名
  • Journal Title: Plant Mol Biol Volume: 91 Pages: 81-95
  • DOI: 10.1007/s11103-016-0444-0
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Modification of plant cell wall structure accompanied by enhancement of saccharification efficiency using a chemical, lasalocid sodium (2016)
  • Author(s): Okubo-Kurihara, E., Ohtani, M., Kurihara, Y., Kakegawa, K., Kobayashi, M., Nagata, N., Komatsu, T., Kikuchi, J., Cutler, S., Demura,T.and Matsui, M.
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 6 Pages: 34602-34602
  • DOI: 10.1038/srep34602
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The rubber tree genome shows expansion of gene family associated with rubber biosynthesis. (2016)
  • Author(s): Lau, N. S., Makita, Y., Kawashima, M., Taylor, T. D., Kondo, S.,Othman, A. S., Shu-Chien, A. C.and Matsui, M.
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 6 Pages: 28594-28594
  • DOI: 10.1038/srep28594
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Overexpression of INCREASED CAMBIALACTIVITY, a putative methyltransferase, increases cambial activity and plant growth. (2016)
  • Author(s): Kim, H., Kojima, M., Choi, D., Park, S., Matsui, M., Sakakibara,H.and Hwang, I.
  • Journal Title: 10.1111/jipb.12486 Volume: 58 Pages: 874-889
  • DOI: 10.1111/jipb.12486
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Photoactivation and inactivation of Arabidopsis cryptochrome 2 (2016)
  • Author(s): Wang, Q., Zuo, Z., Wang, X., Gu, L., Yoshizumi, T., Yang, Z., Yang,L., Liu, Q., Liu, W., Han, Y. J., Kim, J. I., Liu, B., Wohlschlegel,A., Matsui, 他2名
  • Journal Title: 10.1126/science.aaf9030 Volume: 354 Pages: 343-347
  • DOI: 10.1126/science.aaf9030
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A parasitic nematode releases cytokinin that controls cell division and orchestrates feeding site formation in host plants. (2015)
  • Author(s): Siddique S, Radakovic ZS, De La Torre CM, Chronis D, Novak O, Ramireddy E, Holbein J, Matera C, Hutten M, Gutbrod P, Anjam MS, Rozanska E, Habash S, Elashry A, Sobczak M, Kakimoto T, 他4名
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci U S A Volume: 112 Pages: 12669-12674
  • DOI: 10.1073/pnas.1503657112
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] AINTEGUMENTA and the D-type cyclin CYCD3;1 regulate root secondary growth and respond to cytokinins. (2015)
  • Author(s): Randall RS, Miyashima S, Blomster T, Zhang J, Elo A, Karlberg A, Immanen J, Nieminen K, Lee JY, Kakimoto T, 他10名
  • Journal Title: Biol Ppen. Volume: 00 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1242/bio.013128
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Distinct Characteristics of Indole-3-Acetic Acid and Phenylacetic Acid, Two Common Auxins in Plants. (2015)
  • Author(s): Sugawara S, Mashiguchi K, Tanaka K, Hishiyama S, Sakai T, Hanada K, Kinoshita-Tsujimura K, Yu H, Dai X, Takebayashi Y, Takeda-Kamiya N, Kakimoto T, Kawaide H, Natsume M, Estelle M, Zhao Y, Hayashi K, Kamiya Y, Kasahara H.
  • Journal Title: Plant Cell Physiol Volume: 56 Pages: 1641-1654
  • DOI: 10.1093/pcp/pcv088
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cytokinin is required for escape but not release from auxin mediated apical dominance. (2015)
  • Author(s): Muller D, Waldie T, Miyawaki K, To JP, Melnyk CW, Kieber JJ, Kakimoto T, Leyser O.
  • Journal Title: Plant J Volume: 82 Pages: 874-886
  • DOI: 10.1111/tpj.12862
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Distinct Characteristics of Indole-3-Acetic Acid and Phenylacetic Acid, Two Common Auxins in Plants. (2017)
  • Author(s): Satoko Sugawara, Kiyoshi Mashiguchi, Keita Tanaka, Shojiro Hishiyama, Tatsuya Sakai, Kousuke Hanada, Kaori Kinoshita-Tsujimura, Hong Yu, Xinhua Dai, Yumiko Takebayashi, Noriko Takeda-Kamiya, Tatsuo Kakimoto, 他７名
  • Organizer: 第58回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-17
• [Presentation] 師部特異的な転写因子が維管束パターンを制御する仕組み (2017)
  • Author(s): 財前美希,久米佐和,Ye Zhang,光田展隆,吉積毅,近藤陽一,高木優,松井南,柿本辰男
  • Organizer: 第58回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-17
• [Presentation] Molecular mechanisms that determine pericycle cell identity. (2016)
  • Author(s): Ye Zhang, Nobutaka Mitsuda, Chuan-Ming Yeh, Takeshi Yoshizumi, Yoichi Kondo, Masaru Takagi, Minami Matsui, Tatsuo Kakimoto
  • Organizer: 第57回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 岩手大学
  • Year and Date: 2016-03-18 – 2016-03-18
• [Presentation] Transcription factors that may regulate phloem companion-cell development (2016)
  • Author(s): Zaizen Miki,Kume Sawa,Zhang Ye,Mitsuda Nobutaka,Yoshizumi Takeshi,Kondo Yoichi,Ohme-Takagi Masaru,Matsui Minami,Kakimoto Tatsuo
  • Organizer: 第57回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 岩手大学
  • Year and Date: 2016-03-18 – 2016-03-18
• [Presentation] 初期器官発生における低分子量Gタンパク質の機能解析 (2016)
  • Author(s): ハスチムグ、柿本辰男
  • Organizer: 第57回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 岩手大学
  • Year and Date: 2016-03-18 – 2016-03-18
• [Presentation] Molecular mechanisms that determine pericycle cell identity. (2015)
  • Author(s): Ye Zhang, Nobutaka Mitsuda, Chuan-Ming Yeh, Takeshi Yoshizumi, Yoichi Kondo, Masaru Takagi, Minami Matsui, Tatsuo Kakimoto
  • Organizer: 日本植物学会第79回大会
  • Place of Presentation: 新潟市
  • Year and Date: 2015-09-06 – 2015-09-06
• [Presentation] Regulation of plant epidermal development in response to biotic and abiotic stresses (2015)
  • Author(s): Pingping Qian, Archana Kumari, Tatsuo Kakimoto
  • Organizer: 日本植物学会第79回大会
  • Place of Presentation: 新潟市
  • Year and Date: 2015-09-06 – 2015-09-06
• [Presentation] 篩部形成に関与する転写因子の解析 (2015)
  • Author(s): Miki Zaizen, Sawa Kume, Ye Zhang, Nobutaka Mitsuda, Takeshi Yoshizumi, Yoichi Kondo, Masaru Takagi, Minami Matsui, Tatsuo Kakimoto
  • Organizer: 日本植物学会第79回大会
  • Place of Presentation: 新潟市
  • Year and Date: 2015-09-06 – 2015-09-06
• [Presentation] シロイヌナズナの根の光屈性におけるオーキシン輸送、生合成、シグナル伝達の機能解析 (2015)
  • Author(s): 木村太郎、芳賀健、志水三田尾悌、竹林裕美子、林謙一郎、Yunde Zhao, 柿本辰男、笠原博幸、酒井達也
  • Organizer: 日本植物学会第79回大会
  • Place of Presentation: 岩手大学
  • Year and Date: 2015-09-06 – 2015-09-06
• [Book] 新しい植物ホルモンの科学第3版 (2016)
  • Author(s): 柿本辰男、他22名
  • Total Pages: 183
  • Publisher: 講談社