根端メリステムのパターン形成シグナリング

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Plant regulatory systems that control developmental interactions between meristems and lateral organs
• Project/Area Number: 23012030
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 中島 敬二 奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 准教授 (80273853)
• Keywords: 植物 / シロイヌナズナ / メリステム / 根 / 胚発生 / 遺伝子 / パターン形成 / マイクロRNA

Research Abstract

本研究課題では、様々な形質転換ラインを用いて、マイクロRNA(miRNA)の細胞非自律性の発現機構や発生生物学的な意義を多角的に解析した。
miRNAが細胞非自律的に機能するメカニズムとして、原形質連絡(PD)を介したsymplasmic経路の関与が考えられる。最近の研究により、PDの透過性がcalloseの蓄積量で制御されることが明らかになりつつある。そこで変異型callose合成酵素遺伝子を根の内皮細胞で誘導的に発現させることでPDの透過性を阻害したところ、内皮由来のmiR165による中心柱での発現抑制機能が低下することが明らかとなった。この結果は、miR165自体がPDを通って細胞間移行していることを強く示唆している。
また、miR165を根の細胞層特異的かつDEX依存的に誘導発現させる系を用いて、miR165の細胞非自律性に組織特異性が見られるかを調べた。その結果、miR165は根の内皮のみならず、中心柱や根冠などで特異的に発現させた場合でも、周囲の細胞に対して細胞非自律的に機能することが明らかとなった。この結果は、miR165の細胞間移行には内皮細胞に特異的な因子は関与しないことを示している。
さらにMIR165/166ファミリーの全9遺伝子と、他のMIR遺伝子についても内皮細胞特異的な誘導発現システムを用いて細胞非自律性を解析した。その結果、MIR165/166のみならず、MIR319AやMIR171Aも根端メリステムにおいて細胞非自律的に機能することが明らかとなった。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

根端メリステムや胚において、miRNA165/16が原形質連絡を通って、自由に細胞間を移行し得ることが明らかになった。またmiRNAの細胞間移行は、miRNA165/166に限らず、他のmiRNA分子でも普遍的にみられることが明らかとなった。これは、植物の発生制御におけるmiRNAの機能についてのこれまでの考え方を大きく改訂する重要な発見である。

Strategy for Future Research Activity

今年度の研究成果から、シロイヌナズナの根や胚において、様々なマイクロRNAが原形質連絡を通って比較的自由に細胞間移行していることが強く示唆される。これらの結果は、マイクロRNAを介した植物の発生制御についての従来の考え方を大きく転換するものであり、マイクロRNAの細胞非自律性が器官分化や組織パターンの形成に機能している事例が他にも存在する可能性を検証する必要がある。

Research Products

• [Journal Article] The Arabidopsis RWP-RK protein RKD4 triggers gene expression and pattern formation in early embryogenesis (2011)
  • Author(s): Waki, T., Hiki, T, Watanabe, R., Hashimoto, T., Nakajima, K.
  • Journal Title: Current Biology Volume: 21 Pages: 1277-1281
  • DOI: 10.1016/j.cub.2011.07.001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Callose Biosynthesis Regulates Symplastic Trafficking during Root Development (2011)
  • Author(s): Vaten, A., Dettmer, J., Wu, S., Stierhof, Y.D., Miyashima, S., Yadav, S.R., Roberts, C.J., Campilho, A., Bulone, V., Lichtenberger, R., Lehesranta, S., Mahonen, A.P., Kim, J.Y., Jokitalo, E., Sauer, N., Scheres, B., Nakajima, K., Carlsbecker, A., Gallagher, K.L., Helariutta, Y.
  • Journal Title: Dev.Cell Volume: 21 Pages: 1144-1155
  • DOI: 10.1016/j.devcel.2011.10.006
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The root endodermis : A hub of developmental signals and nutrient flow (2011)
  • Author(s): Miyashima, S., Nakajima, K.
  • Journal Title: Plant Signaling & Behavior Volume: 6 Pages: 1954-1958
  • DOI: 10.4161/psb.6.12.18079
  • Peer Reviewed
• [Presentation] The Arabidopsis RWP-RK transcription factor RKD4 regulates embryonic pattern formation upstream of the auxin-dependent organogenesis (2012)
  • Author(s): Takamitsu Waki, Takeshi Hiki, Ryouhei Watanabe, Tatsuya Ishida, Takashi Hashimoto, Keiji Nakajima
  • Organizer: 第53回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 京都産業大学
  • Year and Date: 2012-03-17
• [Presentation] シロイヌナズナの根端メリステムにおける細胞分化シグナリング (2011)
  • Author(s): 中島敬二
  • Organizer: 日本植物学会第75回大会
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2011-09-17
• [Presentation] Graded distribution of non-cell-autonomous microRNA165 activity regulates the Arabidopsis root radial pattern (2011)
  • Author(s): Shunsuke Miyashima, Satoshi Koi, Takashi Hashimoto, Yka Helariutta, Keiji Nakajima
  • Organizer: Plant RNA Workshop
  • Place of Presentation: 理化学研究所
  • Year and Date: 2011-06-20
• [Remarks]
  • URL: http://bsw3.naist.jp/hashimoto/?page=129