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2022 Fiscal Year Annual Research Report

植物の葉器官のサイズ制御を司る内生代謝プログラムの解明

Research Project

Project/Area Number 20J20901
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

多部田 弘光  東京大学, 総合文化研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2020-04-24 – 2023-03-31
Keywords植物 / 葉器官 / fugu5変異体 / 補償作用 / サイズ制御 / メタボローム解析 / 機能性代謝産物
Outline of Annual Research Achievements

葉器官を構成する細胞の数が減少した場合、それを相補するかのように葉肉細胞が顕著に肥大する「補償作用」という現象が知られている。この現象は、未だに解明されていない「葉面積制御機構」の解明に資すると期待されている現象である。植物の葉は主な可食部となるため、その面積制御機構の解明は、基本的な生命現象の理解だけでなく、農学的な観点から社会活動にまで波及的な効果を及ぼすと期待できる。そこで本課題では、典型的な補償作用を示すfugu5変異体を用いて、当該現象の分子メカニズム解明に取り組み、葉を構成する細胞数と細胞サイズの協調を担う鍵因子群を同定することを目指した。
昨年度はfugu5の子葉における三次元相関代謝ネットワークを構築することで、大規模時系列代謝データを整理し、fugu5の補償的細胞肥大に関与すると考えられる代謝産物の候補を複数見出した。その結果を受け、今年度は、同定された複数の鍵代謝産物候補がどのように葉面積制御に資するのかを解明するため、トランスクリプトーム解析に着手した。得られたデータを昨年度までに得られたメタボロームデータと統合し、時系列大規模マルチオミクス解析を行ったところ、アブラナ科に特徴的なインドールグルコシノレートがfugu5において顕著に合成・分解されていることを見出した。また、その分解代謝系を遺伝子発現データより整理すると、分解産物は代謝的再利用を受け、オーキシンへと変換されていることが示唆された。実際に、当該代謝産物を蓄積させた場合、fugu5の細胞サイズは顕著に肥大した。
よって、本研究課題によって得られた一連のデータより、植物の生体防御に資すると報告されているインドールグルコシノレートとその分解経路が、葉面積制御にも重要な働きをもつ「機能性代謝産物」であることを特定し、葉面積制御機構に資する鍵因子群の推定に資する成果を得ることができた。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (11 results)

All 2023 2022

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 4 results) Presentation (7 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Leaf-size control beyond transcription factors: Compensatory mechanisms2023

    • Author(s)
      Tabeta Hiromitsu、Gunji Shizuka、Kawade Kensuke、Ferjani Ali
    • Journal Title

      Frontiers in Plant Science

      Volume: 13 Pages: -

    • DOI

      10.3389/fpls.2022.1024945

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Roles of type II H+-PPases and PPsPase1/PECP2 in early developmental stages and PPi homeostasis of Arabidopsis thaliana2023

    • Author(s)
      Tojo Hiroshi、Tabeta Hiromitsu、Gunji Shizuka、Hirai Masami Y.、David Pascale、Javot H?l?ne、Ferjani Ali
    • Journal Title

      Frontiers in Plant Science

      Volume: 14 Pages: -

    • DOI

      10.3389/fpls.2023.1031426

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Tissue-targeted inorganic pyrophosphate hydrolysis in a fugu5 mutant reveals that excess inorganic pyrophosphate triggers developmental defects in a cell-autonomous manner2022

    • Author(s)
      Gunji Shizuka、Kawade Kensuke、Tabeta Hiromitsu、Horiguchi Gorou、Oikawa Akira、Asaoka Mariko、Hirai Masami Yokota、Tsukaya Hirokazu、Ferjani Ali
    • Journal Title

      Frontiers in Plant Science

      Volume: 13 Pages: -

    • DOI

      10.3389/fpls.2022.945225

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Skotomorphogenesis exploits threonine to promote hypocotyl elongation2022

    • Author(s)
      Tabeta Hiromitsu、Higashi Yasuhiro、Okazaki Yozo、Toyooka Kiminori、Wakazaki Mayumi、Sato Mayuko、Saito Kazuki、Hirai Masami Y、Ferjani Ali
    • Journal Title

      Quantitative Plant Biology

      Volume: 3 Pages: -

    • DOI

      10.1017/qpb.2022.19

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 葉器官の代謝リプログラミングに着目した細胞数と細胞サイズの協調を担う鍵代謝産物の同定2022

    • Author(s)
      多部田弘光 , 佐藤心郎 , 郡司玄 , 塚谷裕一 , 平井優美 , フェルジャニアリ
    • Organizer
      第39回植物バイオテクノロジー学会
  • [Presentation] Important roles of PGDH-mediated serine synthesis in thallus growth, male gametogenesis and metabolism in Marchantia polymorpha2022

    • Author(s)
      MengyaoWang , HiromitsuTabeta , KinukaOhtaka , AyukoKuwahara , KiminoriToyooka , MayukoSato , MayumiWakazaki , HiromichiAkashi , TakayukiKohchi , Ryuichi Nishihama , KeisukeYoshida , Ali Ferjan , Masami Yokota Hirai
    • Organizer
      第39回植物バイオテクノロジー学会
  • [Presentation] メタボロミクスによる細胞数と細胞サイズの協調を担う代謝産物群の探索2022

    • Author(s)
      多部田弘光, 佐藤心郎, 郡司玄, 塚谷裕一, 平井優美, フェルジャニアリ
    • Organizer
      日本植物形態学会第34回総会
  • [Presentation] 多部田弘光, 佐藤心郎, 郡司玄, 塚谷裕一, 平井優美, フェルジャニアリ2022

    • Author(s)
      メタボローム解析を用いた細胞数と細胞サイズの協調性を担う因子の同定
    • Organizer
      日本植物学会第86回大会
  • [Presentation] メタボローム解析を用いた細胞数と細胞サイズの協調性を担う因子の同定2022

    • Author(s)
      多部田弘光, 佐藤心郎, 郡司玄, 塚谷裕一, 平井優美, フェルジャニアリ
    • Organizer
      新学術領域「植物構造オプト」第4回 若手ワークショップ
  • [Presentation] 葉器官のサイズ制御を司る分子及び物質的基盤の解明2022

    • Author(s)
      多部田弘光
    • Organizer
      生命科学分野 令和4年度 第1回研究推進セミナー
    • Invited
  • [Presentation] 表示件数 Multi-platform widely-targeted metabolomics identified candidate metabolites with a potential role in cell number and size coordination during leaf morphogenesis2022

    • Author(s)
      Hiromitsu Tabeta, Hiroyuki Koga, Sato Muneo, Shizuka Gunji, Hirokazu Tsukaya, Masami Yokota Hirai, Ali Ferjani
    • Organizer
      第64回日本植物生理学会年会

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Published: 2023-12-25  

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