2015 Fiscal Year Annual Research Report
細胞運命の決定と機能発現を支えるパターン形成の制御ロジック
| Project Area | Multidimensional Exploration of Logics of Plant Development |
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| Project/Area Number |
25113007
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
中島 敬二 奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 教授 (80273853)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | 植物 / 発生 / 組織分化 / 細胞間情報伝達 / 生殖細胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
パターン形成は多細胞生物の発生の根幹をなすプロセスであり、細胞群の高度に秩序だった分裂と分化により達成される。今年度の研究により、根冠分化におけるmiRNAの機能と、陸上植物の生殖細胞の分化について重要な知見が得られた。
1．根冠細胞の運命決定機構
根冠は分裂組織の保護や土壌環境との相互作用を担う重要な組織である。根冠細胞の運命決定においては、ARF10遺伝子の発現制御が重要な機能を果たす。本年度の研究により、ARF10遺伝子が、そのエクソン内に存在する未知のシス配列により根の全細胞層で転写されることが明らかとなった。またARF10タンパク質は細胞間移行能を持たないことが明らかとなった。miR160の産生が根の中心柱と内皮に限定化されていることから、miR160による転写後抑制を介したARF10発現領域の限定化が、根冠分化領域の決定に重要な機能を果たしていることが明らかとなった。
2．生殖細胞分化の進化発生生物学
植物の生殖細胞系列は、動物とは異なり個体発生の後期に生殖器官の中に新たに派生する。生殖細胞の分化では、遺伝子発現や細胞構造に劇的な変化がおこることが考えられるが、その制御機構は明らかでない。基部陸上植物であるゼニゴケのゲノムに単一遺伝子として存在するRKD遺伝子(MpRKD)は、卵細胞と精子の成熟過程で強く発現していた。MpRKDをノックアウトしたゼニゴケでは、卵と精子が成熟しなかった。以上の結果より、RKD遺伝子の祖先的な機能が、生殖過程の分化制御であることが強く示唆された。
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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
今年度の研究により、miR160がARF10の発現領域を制御する意義が明らかとなった。ARF10のプロモーターとターミネーター領域を用いた従来のレポーター解析では、ARF10の根での発現が、転写レベルで既に表皮や根冠に限定化されていることが示唆されていた。一方で、miR160は根の中央部の中心柱と内皮で発現しており、miR160による発現制御の意義が不明であった。今年度の研究により、ARF10がエクソン内に存在する領域により根の全細胞層で転写されるという意外な事実が判明し、miR160によるARF10発現の空間的制御の重要性が明らかとなった。
RKD遺伝子については、シロイヌナズナにおいてRKD1-RKD3の3遺伝子が卵細胞で発現することが示されていたが、その機能は不明であった。シロイヌナズナでは、これら３つのRKD遺伝子が冗長的に機能している可能性があり、また種子植物では卵細胞の発生過程の変異体を解析することは技術的に困難であった。今年度の研究において、ゼニゴケという新規なモデル植物を用いることでこれらの問題が解決され、RKDが卵細胞の分化に必須の制御因子であることが明らかとなった。またこの研究の過程で、ゼニゴケのRKD遺伝子が精子の分化にも機能することが明らかとなり、RKD遺伝子の祖先的な機能が生殖細胞の分化制御であることが明らかとなった。
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| Strategy for Future Research Activity |
根冠細胞の運命決定において、miR160によるARF10の空間的発現制御の重要性が明らかとなった。miR160は根の内皮より内側で産生されていることから、内側の細胞層による外側の細胞の分化調節、という新たな制御系の存在が示唆される。またこの制御関係は初期胚で既に確立していることが示唆されており、放射軸に沿った分化制御の根幹部分を担っている可能性が高い。今後は既知の制御因子との遺伝学的関係などを解析してゆく。RKD遺伝子については、植物で保存された生殖細胞分化の制御因子である可能性が高い、シロイヌナズナやゼニゴケのrkd変異体や過剰発現体を用いて比較トランスクリプトーム解析を行い、これまで知見の少ない植物の生殖細胞分化の実体や、この過程に関与する遺伝子群を同定してゆく。
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[Journal Article] The Naming of Names: Guidelines for Gene Nomenclature in Marchantia2015
Author(s)
John L. Bowman, Takashi Araki, Mario A. Arteaga-Vazquez, Frederic Berger, Liam Dolan, Jim Haseloff, Kimitsune Ishizaki, Junko Kyozuka, Shih-Shun Lin, Hideki Nagasaki, Hirofumi Nakagami, Keiji Nakajima, et al.
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Journal Title
Plant Cell Physiol.
Volume: 57
Pages: 257-261
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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