2018 Fiscal Year Research-status Report
トレニアのシュート再生系を用いた脱分化とシュート頂分裂組織新構築の解析
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17K07437
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
杉山 宗隆 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (50202130)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | トレニア / シュート再生 / 表皮細胞 / 脱分化 / 細胞分裂 / シュート頂分裂組織 / サイトカイニン / 遺伝子発現 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
トレニアの全遺伝子に対して、遺伝子オントロジー（GO）に関するアノテーションを付与した。整備したアノテーションセットを用いて、トレニア茎断片培養系で取得した脱分化・シュート再生過程のRNA-seqデータについて、GO解析を行い、遺伝子発現の時間変動パターンに着目したクラスタリングと組み合わせて、遺伝子機能と発現変動の相関を検討した。その結果、各クラスターに特徴的な遺伝子機能を見出すことができた。とくに培養開始後1日以内に発現が大きく上昇し、その後緩やかに低下するクラスターでは、リボソーム生合成関連の遺伝子の濃縮が顕著であった。一方、核と核小体を蛍光染色により観察し、培養初期に核小体の急速な発達を伴う核の肥大とクロモセンターの分散が起きること、核小体の十分な発達にはサイトカイニンが必要であることを見出した。この培養系では細胞分裂の活性化やシュート再生がサイトカイニンの投与に依存している。このことを踏まえると、今回得られた結果から、サイトカイニンで刺激されたリボソームの生合成と核小体の発達が、脱分化に伴うシュート再生能の獲得の重要な鍵となっている可能性が考えられる。
その他、傷害応答性遺伝子の培養初期の発現動態などについて、予備的な解析を行った。培養開始直後の発現上昇はサイトカイニンの有無にかかわらず見られたが、その発現の保持にサイトカイニンが関与することが示唆された。また、遺伝子発現の空間的パターンの解析では、レポーター遺伝子を用いる方法よりも、in situハイブリダイゼーションによる方法を優先することに方針を転換し、トレニアでin situハイブリダイゼーションを行うための検討を進め、準備を整えた。
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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
予定していた研究計画のうち、遺伝子発現の空間的パターンの解析は、方針を途中で転換したこともあって、準備に手間取り、まだ結果が出るには至っていない。この点では進行がやや遅れていると言わざるを得ない。しかし、GO解析により培養過程での発現変動と遺伝子機能の間にきわめて明瞭で特徴的な相関が見出され、細胞学的事象とも結びついたことは、大きな収穫であり、今後の研究に指針を与えるものと考えられる。全体としては、遅れている部分はあるものの、期待以上の成果もあり、概ね順調に進んでいると判断している。
なお、シロイヌナズナの二段階培養によるシュート再生は、トレニア茎断片のシュート再生の参照として、本研究で副次的に扱う予定であったが、今年度から別の課題のもとで本格的に取り組むことになった。この課題では、これまでにシュート誘導培地移植後の野生型およびrgd3変異体の外植片を材料にRNA-seqデータを得ており、本研究でトレニアデータとの照合などに利用することも可能な状態となっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
トレニア茎断片の培養初期に起きる表皮細胞の脱分化に関しては、培養開始直後のRNA-seq解析を新たに行い、トランスクリプトームデータの充実を図った上で、リボソーム生合成の活性化と核小体の発達に着目して、これらの上流の制御因子を探索するとともに、傷害応答性遺伝子の発現動態の詳細を捉え、遺伝子ネットワークを推定する。核小体の発達とシュート再生にはサイトカイニンの投与が重要であることから、遺伝子発現のサイトカイニン依存性がこうした解析の手掛かりとなると考えている。
シュート頂分裂組織（SAM）の新生に関しては、すでにSAM制御遺伝子群の時間的発現変動のプロファイルは得ているので、今後は脱分化した表皮細胞層における空間的発現パターンを明らかにしていく。これには主に、準備を整えたin situハイブリダイゼーションを用いる。
遺伝子発現データはシロイヌナズナの二段階培養系のデータと適宜比較して、植物種や培養系に特有の分子ネットワークと、脱分化・シュート再生の共通基盤となる普遍的ネットワークとを区別して捉える。
とくに興味深い遺伝子については、トレニアの形質転換システムを用いた逆遺伝学的解析を行う予定である。これと関連した方法論的な挑戦として、パーティクルガンによる遺伝子導入やCRISPR/Cas9によるゲノム編集を試みることも考えている。
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[Presentation] Cytological and transcriptomic analyses on adventitious bud formation from the epidermis in cultured stem segments of Torenia fournieri2018
Author(s)
Hatsune Morinaka, Akihito Mamiya, Akitoshi Iwamoto, Hiroaki Tamaki, Takamasa Suzuki, Yoshikatsu Sato, Momoko Ikeuchi, Akira Iwase, Keiko Sugimoto, Tetsuya Higashiyama, Munetaka Sugiyama
Organizer
第70回日本細胞生物学会・第51回日本発生生物学会合同大会
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