2019 Fiscal Year Research-status Report
細胞の分化状態を操作できる系を用いた植物の再生メカニズムの解明
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19K16167
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
安居 佑季子 京都大学, 生命科学研究科, 助教 (90724758)
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2019-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 苔類ゼニゴケ / 幹細胞 / 再生 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物の再生能は非常に高く、多くの植物は切断部に新たな器官を形成したり、場合によっては新たな個体を再生することができる。再生は一度分化した細胞が脱分化の過程をへて新たに幹細胞が新生される現象と捉えることができる。この高い分化可塑性は植物細胞の大きな特性である。植物の再生は、古くから研究されているが、その多くは被子植物を研究対象としている。これらの研究では、扱う組織における細胞の分化状態が均一でなく、関連する因子の作用点が明確になりにくいといった理由から、分子メカニズムの包括的な理解には至っていない。
申請者は、これまでに陸上植物進化の基部に位置する苔類ゼニゴケに注目して研究を行ない、転写因子GEMMA CUP-ASSOCIATED MYB1 (GCAM1) がゼニゴケの栄養繁殖を行なうための器官である杯状体と、杯状体内に形成されるクローン個体である無性芽形成のマスター制御転写因子であることを明らかにしてきた。また、GCAM1またはそのホモログであるGCAM1 LIKE (GC1L) の機能を異所的に植物体内でONにすることにより植物体全体で細胞の未分化状態を引き起こせることを見出している。さらに、これら遺伝子の二重変異体を作出し、gcam1 gc1l二重変異体では、再生が強く抑制される表現型がみられることを見出してきた。本研究ではこれらの系を用いて植物の再生メカニズムの解明を目指す。本研究の成果はゼニゴケのみならず、被子植物にも共通するメカニズムの解明にもつながると期待できる。
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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
GCAM1とGC1Lの再生における機能を調べるため、gcam1 gc1l二重変異体と、強力な転写抑制ドメインSRDX とGC1Lの融合タンパク質を誘導的に機能させることができる株を用いて解析を行ない、GCAM1とGC1Lがゼニゴケの再生過程において重要な機能を持つことを明らかにした。野生型においてメリステムを除去すると、切断面ににおいて新たなメリステムが再生する。GC1L-SRDXを野生型背景において機能誘導すると、切断面に無数の無性芽様の組織が異所的に形成されたが、正常な再生は見られなかった。また、GC1L-SRDXをgcam1変異体背景で機能誘導すると、切断面において、無性芽様組織の異所的な形成も正常な再生もどちらもが強く抑制された。これまでに、gcam1単一変異体では杯状体と無性芽の形成が起こらなくなるが、gc1l変異体ではそれらが正常に見られること、再生における表現型は二重変異体において顕著であることがわかっている。これらのことから、再生におけるGC1LとGCAM1の下流因子は共通であるが、これらの下流因子と杯状体や無性芽形成におけるGCAM1の下流因子は共通していないことが示唆された。また、GCAM1またはGC1Lの機能を誘導できる株を用いたRNAseq解析と、野生型とgcam1 gc1l二重変異体を用いた再生過程におけるトランスクリプトーム比較を目的とするRNAseq解析を行なった。現在これらのデータを用いて、GC1LとGCAM1が制御する遺伝子の有力候補を絞るための解析を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在、RNAseq解析のデータからGCAM1とGC1Lの下流遺伝子の有力候補の絞り込みを行なっている。今後は、これら遺伝子の機能を個別に調べると共に、GC1LとGCAM1の下流でどのような遺伝子群が動き、再生という現象が起きているのかを明らかにする。また、異所的なGC1LまたはGCAM1の機能誘導の研究から、GC1LとGCAM1はどちらも細胞の未分化性を誘導するが下流の制御メカニズムには違いがあることが示唆されている。GCAM1の機能誘導による細胞の未分化性は、GCAM1の機能誘導を停止すると解除され、組織分化が一斉に起こる。これに対し、GC1Lの機能誘導による未分化細胞はGC1Lの機能を停止しても維持される。この未分化性の維持は未分化細胞を切断することにより解除され、切断後、一斉に組織分化が進む。これらのことから植物体の切断により、GC1Lによる細胞の未分化性を解除するメカニズムが存在することが考えられた。これまでに、この解除に関わる因子を探すことを目的に、GC1Lの機能誘導による未分化細胞を切断し、早期に発現してくる遺伝子を抽出するためのRNAseqも行っている。このRNAseqのデータを解析し、切断後早期に発現上昇する遺伝子の中から候補遺伝子を絞り込みその機能の解析を進める。また、GC1Lによる下流制御にはエピジェネティックな制御機構が関わる可能性が考えられるため、GC1Lが制御する遺伝子領域におけるクロマチン修飾の状態を解析していく予定である。
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| Causes of Carryover |
年度末に予定していた学会が中止になったため、その分の旅費を次年度使用とした。この研究の遂行のため必要な打ち合わせを次年度に行ないたいのでその旅費にあてる予定である。
また計画していた実験計画の進む順序が入れ替わったため、計画していた試薬購入に遅れが生じた。次年度に必要に応じて購入を予定している。
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Research Products
(4 results)
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[Journal Article] GEMMA CUP-ASSOCIATED MYB1, an ortholog of axillary meristem regulators, is essential in vegetative reproduction in Marchantia polymorpha.2019
Author(s)
Yasui Y, Tsukamoto S, Sugaya T, Nishihama R, Wang Q, Kato H, Yamato KT, Fukaki H, Mimura T, Kubo H, Theres K, Kohchi T, Ishizaki K.
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Journal Title
Curr Biol.
Volume: 29
Pages: 3987-3995
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] The RopGEF KARAPPO is essential for the initiation of vegetative reproduction in Marchantia polymorpha.2019
Author(s)
Hiwatashi T, Goh H, Yasui Y, Koh LQ, Takami H, Kajikawa M, Kirita H, Kanazawa T, Minamino N, Togawa T, Sato M, Wakazaki M, Yamaguchi K, Shigenobu S, Fukaki H, Mimura T, Toyooka K, Sawa S, Yamato KT, Ueda T, Urano D, Kohchi T, Ishizaki K.
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Journal Title
Curr Biol.
Volume: 29
Pages: 3525-3531
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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