2023 Fiscal Year Final Research Report

Molecular mechanisms for the number and size control of flowers through the balance of proliferation, differentiation, and senescence of plant stem cells

Research Project

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Project/Area Number	20H00470
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Medium-sized Section 44:Biology at cellular to organismal levels, and related fields
Research Institution	Nara Institute of Science and Technology
Principal Investigator	Ito Toshiro 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (90517096)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	和田七夕子奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (50379541) 佐竹暁子九州大学, 理学研究院, 教授 (70506237) 白川一奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (70636969) 山口暢俊奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (90767899)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2024-03-31
Keywords	発現制御 / 発生・分化
Outline of Final Research Achievements	In plants, flowers exhibit a species-specific number of organs, while their size can vary within a certain range depending on environmental conditions. We discovered that the balance between proliferation, differentiation, and senescence in the floral stem cells determines the number and size of floral organs. We showed detailed quantitative analyses of the transcriptome, histone modifications, and hormone signaling. The research revealed that a bio-timer based on epigenomic modifications, which operate in a cell cycle-dependent manner, underlies the constancy of organ number. Additionally, the size of the petals is controlled by cell senescence and autophagy, regulated by jasmonic acid signaling. Moreover, the balance between proliferation and senescence in the stem cells of the flowering stem, influenced by programmed cell death driven by reactive oxygen species associated with aging, determines the total number of flowers.
Free Research Field	生物学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	本研究は、花器官の数とサイズを決める増殖・分化・老化の遷移をつかさどる制御系を解明した。多細胞生物における器官の数やサイズを決める原理の多くは、まったく手つかずであり、多細胞体の発生研究分野における秩序形成の基本原理の理解に貢献するものである。植物発生研究におけるこれまでの増殖と分化の二元論的解析に、細胞の一生という時間軸をとおして3つ目の老化の視点を組み合わせることで、数とサイズの決定機構の一端を明らかにすることが出来た。さらに、人類の主食である穀物は花の産物である。本研究は、変動地球環境下において、花の産物である穀物類を安定的に供給し続けるための基盤技術の創出につながっている。