2021 Fiscal Year Annual Research Report
シロイヌナズナ葉肉プロトプラストを用いた細胞の分化可塑性の機構解析
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20J20380
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
坂本 優希 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Keywords | 分化多能性 / 幹細胞 / 器官再生 / 細胞分裂 / 植物ホルモン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度までに、プロトプラストの分裂再開過程では遺伝子発現のヒストンアセチル化制御のもとで酵素YUCによるオーキシン生合成が促進され、これが細胞周期のG2/M期の活性化に必要な遺伝子群を活性化することを見出した。本年度は、これらの要素の上流・下流の因子や仕組みを特定することを目指した。
まず、培養プロトプラスト中でヒストンアセチル化による発現制御を受け、YUCの発現を制御する因子の探索を行った。その結果、転写因子PLT3・5・7の遺伝子領域がヒストンアセチル化制御を受けて発現を上昇させること、PLT機能欠損変異体ではYUC1の発現が低下することが判明した。PLT機能欠損変異体から採取したプロトプラストは分裂再開効率が低いが、これにPLT5遺伝子のプロモーター制御下でYUCを発現する人工配列を組み込んだ形質転換体では分裂再開効率が向上した。これらのことからPLTはヒストンアセチル化制御を直接受けてYUC1を発現制御し分裂再開を駆動することが示唆された。
一方、オーキシン生合成によって発現や機能を制御され、G2/M期遺伝子を活性化する因子の探索も行い、転写因子ARF7・19を見出した。ARF7・19遺伝子の機能欠損変異体プロトプラストは分裂再開効率が著しく低下する。また、これまでの研究においてオーキシン生合成阻害剤の投与下ではG2/M期遺伝子群のマスター因子であるMYB3R4の発現が低下することが判明していたが、ARF7・19機能欠損変異体ではMYB3R4を含む多くのG2/M期遺伝子の発現が低下していた。さらに、MYB3R4の遺伝子上流域にはARF転写因子の結合しうる配列が複数存在しており、実際この配列にARF19が結合することも示唆された。これらのことから、ARF7・19がMYB3R4を直接的に発現制御し、G2/M期再開を駆動していることが示唆された。
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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
本年度は、昨年度達成できなかったChIP-seq解析を実施し、ヒストンアセチル化制御を受けてオーキシン生合成遺伝子の発現を制御する因子としてPLTを見出すことができた。加えて、オーキシン生合成の下流因子ARFの機能も解析することができ、ヒストンアセチル化・オーキシン生合成を中心としたプロトプラスト分裂再開の基幹分子経路を描くことができた。この大部分をPlant Cell誌に発表できたため、総じて本課題の研究目標に対しては概ね順調な進捗があると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、葉肉プロトプラストの分裂再開に必要な転写因子としてPLTやARFを見出し、分裂再開の基幹分子経路を描くことができた。また、RNA-seqやRT-qPCRの結果から、それらの転写因子が分裂再開過程のうちどの時期に特に必要か、おおよその見当をつけることができた。今後の研究では、これらの情報をもとにして、分裂再開可能な葉肉プロトプラストが規定されていく仕組みを1細胞レベルで解明したいと考えている。つまり、培養プロトプラスト集団中には将来分裂できるものとできないものが存在するが、それらの差異がいつどのように生み出されてくるのかということを、PLTやARFの発現タイミングや細胞内分布などの差異を検証することで解明できると考えている。
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