植物特異的遺伝子群による葉形態制御の分子メカニズム

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12440214
• Research Institution: Okazaki National Research Institutes
• Principal Investigator: 塚谷 裕一 岡崎国立共同研究機構, 統合バイオサイエンスセンター, 助教授 (90260512)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 堀口 吾朗 岡崎国立共同研究機構, 統合バイオサイエンスセンター, 助手 (70342847)
• Keywords: 植物特異的遺伝子 / 葉形態形成 / 発生遺伝学 / 分子遺伝学 / シロイヌナズナ / 極性

Research Abstract

植物特異的な葉形態形成遺伝子群の解析の結果、以下のような成果が得られた。
葉細胞の極性伸長制御系:横幅を制御するAN遺伝子をcloningの結果、CtBPのホモログをコードすることが判明した(Kim et al.,2002)。これまでに酵母two hybrid系から、ANはC端で自己相互作用することが判明している。九大・仁田坂博士と熊本大・高野博士の協力で単離された、アサガオでのホモログIANとゼニゴケでのホモログMANは、シロイヌナズナan-1の表現型を部分的に相補した。各遺伝子配列の保存性をもとに、各モチーフの機能についての作業仮説を確認中てある。さらに、an変異のもとでANの組織特異的・器官特異的発現を行なっており、その結果からは、器官の形状を決定する組織間の相互作用等が明らかになると期待される。
一方、縦長を制御するROT3については、配列上最も類似したCYP90D1と共に、発現解析と光環境に対する応答性とについて、韓国・金研究室と共同で解析した。その結果rot3-1変異体は、あらゆる光に対する葉身・葉柄伸長反応が失われていることが判明した。また暗所での葉柄の伸長パターンと、CYP90D1プロモーターの発現パターンとの間に、一定の連関が認められた。さらに、光による葉の展開過程の制御を詳細に解析し、Phytochromeを介した葉の展開制御には軸極性が認められること、細胞伸長と細胞分裂とは、それぞれ異なる制御をうけていること、葉柄と葉身とでは、各種光に対する反応が異なること、等を明らかとした(Tsukaya et al.2002)。
葉身における細胞分裂の極性制御:ブラシノステロイドによる葉の展開の促進効果について、詳細に解析した結果、ブラシノステロイドが細胞伸長のみならず、細胞分裂をも促進することが判明した(Nakaya et al.2002)。さらに葉の横幅方向への細胞数が減少した細葉の変異体、an3について、原因遺伝子のクローニングを行なった。細胞分裂の極性制御遺伝子として、現在、機能を確認中である。

Research Products

• [Publications] Ha, C.-H., Kim, G.-T., Kim, B.-C., Jun, J.-H., Soh, M.-S., Ueno, Y., Machida, Y., Tsukaya, H., Nam, H.-G.: "THE BLADE-ON-PETIOLE gene controls leaf pattern formation through regulation of meristematic activity"Development. 130. 161-172 (2003)
• [Publications] Nakaya, M., Tsukaya, H., Murakami, N., Kato, M.: "Brassinosteroids control the proliferation of the leaf cells in Arabidopsis thaliana"Plant Cel Physiol.. 43. 239-244 (2002)
• [Publications] Kim, G.-T., Shoda, K., Tsuga, T., Cho, K.-H., Uchimiya, H., Yokoyama, R., Nishitani, K., Tsukaya, H.: "The ANGUSTIFOLIA gene of Arabidopsis, a plant CtBP gene, regulates leaf-cell expansion, the arrangement of corticalmicrotubules in leaf cells and expression of a gene involved in cell-wall formation"EMBO J.. 21. 1267-1279 (2002)
• [Publications] Iwakawa, H., Ueno, Y., Semiarti, E., Onouchi, H., Kojima, S., Tsukaya, H., Hasebe, M., Soma, T., Ikezaki, M., Machida, C., Machida, Y.: "The ASYMMETRIC LEAVES2 gene of Arabidopsis thaliana, required for formation of a symmetric flat leaf lamina, encodes a member of a novel family of proteins characterized Boyysteine repeats and aleucine zipper"Plant Cell Physiol. 43. 467-478 (2002)
• [Publications] Tsukaya, H.: "Organ shape and size"Curr. Opin. Plant Biol.. 6. 57-62 (2003)
• [Publications] Tsukaya, H.: "Interpretation of mutants in leaf morphology : genetic evidence for a compensatory system in leaf morphogenesis that provides a new link between Cell and Organismal theory"Int. Rev. Cytol. 217. 1-39 (2002)
• [Publications] Tsukaya, H.: "Leaf Development"The Arabidopsis Book, eds. C.R. Somervilleand E.M. Meyerowitz, American Society of Plant Biologists, Rockville, MD, http://www.aspb.org/downloads/arabidopsis/tsukaya.pdf. Web. (2002)
• [Publications] Tsukaya, H.: "The Leaf Index : Heteroblasty, Natural Variation, and the Genetic Control of Polar Processes of Leaf Expansion"Plant Cell Physiol. 43. 372-378 (2002)
• [Publications] 塚谷裕一: "葉の形成-葉の長さ、幅、大きさを決める遺伝子制御"蛋白質核酸酵素. 47. 1576-1580 (2002)
• [Publications] 塚谷裕一: "横幅を決める形態形成遺伝子・ANとCtBP"Medical Science Digest. 28. 4-5 (2002)
• [Publications] Tsukaya, H.: "Himalayan Botany in the Twentieth and Twenty-first Centuries"Molecular mechanisms related to the evolution of leaf shape, with a special emphasis on leaf index. In Himalayan Botany in the Twentieth and Twenty-first Centuries. 212 (2002)
• [Publications] 塚谷裕一: "植物工学の基礎"第5章「モデル植物としてのシロイヌナズナ」第6章「イネゲノムプロジェクト」. 208(152-179, 180-190) (2002)