重力を指標とした植物の側生器官の成長方向制御の分子機構の解析

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H04388
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 森田 美代 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (10314535)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 重力屈性 / 傾斜屈性 / 側根 / 側枝 / シロイヌナズナ

Outline of Annual Research Achievements

主茎、主根の重力屈性において感受細胞内のシグナリングに関与するDLLs（DGE1, DGE2, DTL）は、側枝及び側根の伸長方向をそれぞれ重力と逆（上）方向及び下方向に向ける働きを持つ。一方、DLLsに相同性を示すものの、重力屈性におけるDLLsの機能に必須なCDL配列を持たないという特徴を持つAtTAC1は、DLLsとは逆に側枝を下方向に向ける生理機能を持つ。DLLsと同じファミリータンパク質でCDL配列をもつが機能未知のCCP1, CCP2, CCP3も解析対象に含め、主軸の重力屈性と側生器官の伸長方向制御を統一的に理解することを目指している。
1.　変異体の確立　CRISPR/Cas9による変異体の作出に取り組んだ。系統確立まであと1-2世代というところまで進んでいる。ccp3変異体はT-DNA挿入系統を確立しており、現在dlls変異体およびattac1と多重変異体を作成中である。
2.　 側生器官GSAの表現型評価法の検討　別予算で3Dクリノスタットが入手できたので、1Dクリノスタットの導入は検討中である。側枝については、成長にしたがって変化する角度の評価法を確立した。また、dge1とattac1の単独、二重変異体について測定を行い、遺伝学的関係を考察した。
3.　 DLLs ファミリー遺伝子及びAtTAC1の側生器官における発現解析　CCP1, CCP2, CCP3, AtTAC1のPromoter::GUS形質転換体を確立し、現在側枝や側根に着目し成長ステージに応じた発現パターンを解析中である。
4.　DLLsファミリーとAtTAC1の機能解析　感受細胞特異的promoter::cDNAを変異体に導入し、感受細胞のみでの当該遺伝子の発現が側生器官伸長方向の表現型を相補できるかどうかを指標に、各遺伝子の分子機能の類似性と機能組織を調査する。形質転換体作成を進行中である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

H27年度は4つの研究項目を挙げて研究を進めてきた。項目ごとに進展の度合いは異なり、よく進んでいるものもやや遅れ気味なものもある。しかし総じて概ね順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

1.　変異体の表現型解析
ccp1, 2変異体を確立し、dlls, ccp3, attac1 と交配により、様々な組み合わせの多重変異体の作成を行い、各系統の表現型の解析に着手する。
2.　DLLs ファミリー遺伝子及びAtTAC1の側生器官における発現解析
H27年度に確立したCCP1, CCP2, CCP3, AtTAC1のPromoter::GUS形質転換体を用いて、側枝や側根に着目し成長ステージに応じた発現パターンを調べる。また、特にDLLsとTAC1については互いに発現パターンに影響をしあうかどうか、変異体背景での発現解析も進める。
3.　DLLsファミリーとAtTAC1の機能解析
感受細胞特異的promoter::cDNAを変異体に導入し、感受細胞のみでの当該遺伝子の発現が側生器官伸長方向の表現型を相補できるかどうかを指標に、各遺伝子の分子機能の類似性と機能組織を調査する。形質転換体の確立と、その表現型解析を進める。側枝のGSA制御において逆の活性を示すと思われるDLLsとAtTAC1であるが、両者の発現量のバランスとGSA制御との間に関連があるかを調べる。野生型背景や変異体背景において感受細胞特異的promoterあるいは他の組織特異的promoterによるGAL4-UAS制御系等を用い、各遺伝子の発現量の摂動を引き起す形質転換体を作出する。

Research Products

• [Journal Article] Efficient in planta detection and dissection of de novo mutation events in the Arabidopsis thaliana disease resistance gene UNI. (2016)
  • Author(s): Ogawa,T., Mori, A., Igari, K., Morita, M.T., Tasaka, M., Uchida, N.
  • Journal Title: Efficient in planta detection and dissection of de novo mutation events in the Arabidopsis thaliana disease resistance gene UNI. Volume: in press Pages: in press
  • DOI: doi:10.1093/pcp/pcw060
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] An ABC transporter B family protein, ABCB19, is required for cytoplasmic streaming and gravitropism of the inflorescence stems. (2016)
  • Author(s): Okamoto, K., Ueda, H., Shimada, T., Tamura, K., Koumoto, Y., Tasaka, M., Morita, M.T., Hara-Nishimura, I.
  • Journal Title: Plant Signal Behav. Volume: 11 Pages: e1010947
  • DOI: DOI:10.1080/15592324.2015.1010947
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Transcriptional regulation of PIN genes by FOUR LIPS and MYB88 during Arabidopsis root gravitropism. (2015)
  • Author(s): Wang, H., Yang, K., Zou, J., Zhu, L., Xie, Z., Morita, M.T., Tasaka, M., Friml, J., Grotewold, E., Beeckman, T., Vanneste, S., Sack, F., Le, J.
  • Journal Title: Nat. Commun. Volume: 6 Pages: 8822
  • DOI: doi:10.1038/ncomms9822
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Regulation of organ straightening and plant posture by an actin-myosin XI cytoskeleton. (2015)
  • Author(s): Okamoto, K., Ueda, H., Shimada, T., Tamura, K., Kato, T., Tasaka, M., Morita, M.T., Hara-Nishimura, I.
  • Journal Title: Nature Plants Volume: 1 Pages: 15031
  • DOI: doi:10.1038/nplants.2015.31
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Live cell imaging of cytoskeletal and organelle dynamics in gravity-sensing cells in plant gravitropism. (2015)
  • Author(s): Nakamura, M., Toyota, M., Tasaka, M., Morita, M. T.
  • Journal Title: Methods Mol. Biol. Volume: 1309 Pages: 57-69
  • DOI: doi: 10.1007/978-1-4939-2697-8_6.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] DGE1, DGE2 and DTL genes are involved in gravity signaling in gravity sensing cells of Arabidopsis (2016)
  • Author(s): Masatoshi Taniguchi, Kenichirou Baba, Asako Yuasa, Masao Tasaka and Miyo Terao Morita
  • Organizer: 8th Plant Biomechanics
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-12-04
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] eal1エンハンサー変異体を用いた重力屈性の遺伝学的解析 (2016)
  • Author(s): 森明子、豊田正嗣、目方美香、島田昌芳、倉田哲也、田坂昌生、森田（寺尾）美代
  • Organizer: 第57回日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 岩手大学
  • Year and Date: 2016-03-18 – 2016-03-20
• [Presentation] Mechanism of gravitropic signaling in gravity sensing cells ～From molecular structure to plant organ response～ (2015)
  • Author(s): Miyo Terao Morita, Yoshinori Hirano, Masatoshi Taniguchi, Takeshi Nishimura, Megumi Kgiyama, Kohei Kawashima, Toshio Hakoshima
  • Organizer: JST CREST-PRESTO joint international symposium
  • Place of Presentation: ITO Hall, The University of Tokyo
  • Year and Date: 2015-11-05 – 2015-11-06
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Functional analysis of DGE1, DGE2 and DTL genes involved in gravitropism in Arabidopsis thaliana (2015)
  • Author(s): Masatoshi Taniguchi, Kenichiro Baba, Asako Yuasa, Masao Tasaka, Miyo Terao Morita
  • Organizer: ICAR 2015
  • Place of Presentation: Paris, France
  • Year and Date: 2015-07-05 – 2015-07-09
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Isolation and identification of novel genes involved in gravitropism by using eal1 enhancer mutants (2015)
  • Author(s): Akiko Mori, Masatsugu Toyota, Mika Mekata, Masayoshi Shimada, Tetsuya Kurata, Masao Tasaka, Miyo Terao Morita
  • Organizer: ICAR 2015
  • Place of Presentation: Paris, France
  • Year and Date: 2015-07-05 – 2015-07-09
  • Int'l Joint Research