細胞壁構築遺伝子群の総括的発現解析による軸性形成の制御機構の解析

• Project/Area Number: 15031202
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 西谷 和彦 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (60164555)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 横山 隆亮 東北大学, 生命科学研究科, 助手 (90302083)
• Project Period (FY): 2003 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥6,800,000 (Direct Cost: ¥6,800,000); Fiscal Year 2004: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2003: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000)
• Keywords: 軸性 / 根 / 維管束形成 / 細胞壁 / シロイヌナズナ / イネ / XTH / 道管 / 遺伝子 / 器官 / 細胞伸長 / ゲノム

Research Abstract

植物細胞の「安定な細胞極性」の成立と維持において基盤となる細胞壁の構築に関わる遺伝子群について、軸性形成の各局面での発現様式を包括的に解析し、各細胞型・組織固有の軸性形成に係わる細胞壁構築遺伝子セットを特定し、それらの発現統御に係わる転写制御システムを分子解剖することを目指し研究を進め以下の成果を得た。
根に特異的な発現パターンを示すAtXTH18のmRNA発現をAtXTH18のプロモーターを用いたRNAi法により特異的に抑制したところ、表皮細胞の伸長成長が抑制され、根の伸長が著しく抑制されることを見いだした。
根で特異的な発現パターンを示すAtXTH12の機能をT-DNAタグライン(xth12-1)を用いて解析し、この遺伝子の欠損変異が根の伸長抑制を引き起こすことを示した。
AtXTH27が葉の維管束形成過程において、発生段階依存的な発現パターンを示すことを見いだした。pAtXTH2::GUSの発現解析から、この遺伝子は葉の維管束、特に前形成層細胞に特徴的な発現パターンを示した。この遺伝子の欠損した変異体(xth27-1,xth27-2)では、ロゼット葉の維管束の形成不全および機能不全をおこし、葉の間抹消維管束周辺の葉肉組織の壊死および三次維管束の篩部機能不全を伴った。
シロイヌナズナとイネのゲノム情報を利用した、両者の細胞壁遺伝子群に関する包括的なinsilico比較ゲノム解析を行った。この結果を基にして、イネOsXTHファミリー29遺伝子の包括的な発現解析を行い、OsXTH19のみがイネ地上部(葉と節間)の伸長組織で特異的且つ顕著な発現を示すことを明らかにした。

Research Products

• [Journal Article] Differential expression of AtXTH17,-18,-19 and -20 genes in Arabidopsis roots. Pysiological roles in specification in cell wall construction (2005)
  • Author(s): Vissenberg, K., Oyama, M., Osato, Y., Yokoyama, R., Verbelen, J-P, Nishitani, K.
  • Journal Title: Plant Cell Physiol. 46 Pages: 192-200
• [Journal Article] AtXTH27 plays an essential role in cell wall modification during the development of tracheary elements. (2005)
  • Author(s): Matsui, A., Yokoyama, R., Ito, T., Seki, M., Shinozaki, K., Takahashi, T., Komeda, Y., Nishitani, K.
  • Journal Title: Plant J. (In press)
• [Journal Article] A Proteomic Approach to Apoplastic Proteins Involved in Cell Wall Regeneration in Protoplasts of Arabidopsis Suspension Cultured Cell (2005)
  • Author(s): Kwon, H-K., Yokoyama, R., Nishitani K.
  • Journal Title: Plant Cell Physiol (In press)
  • NAID: 10016454248
• [Journal Article] Division of roles among members of the XTH gene family in plants (2005)
  • Author(s): Nishitani, K.
  • Journal Title: Plant Biosystems (In press)
• [Journal Article] A surprising diversity and abundance of XTHs (xyloglucan endotransglucosylase/hydrolases) in rice : classification and expression analysis. (2004)
  • Author(s): Yokoyama, R., Rose, J.K.C., Nishitani, K.
  • Journal Title: Plant Physiol. 134 Pages: 1088-1099
• [Journal Article] Genomic Basis for Cell-Wall Diversity in Plants. A Comparative Approach to Gene Families in Rice and Arabidopsis. (2004)
  • Author(s): Yokoyama, R., Nishitani K.
  • Journal Title: Plant Cell Physiol. 45 Pages: 1111-1121
  • NAID: 10013734098
• [Journal Article] a-D-Glucans having unique structures in wheat bran extracts stimulate the production of Penicillolysin (a metalloprotease) from Penicillium citrinum. (2004)
  • Author(s): Simakage, A., Yamagata, Y., Abe, K., Nishitani, K, Nakakajima, T.
  • Journal Title: J.Applied Glycosciences 51 Pages: 285-289
• [Journal Article] Cell wall dynamics in tobacco BY-2 cells. (2004)
  • Author(s): Yokoyama, R., Tanaka, D., Fujino, T., Itoh, T., Nishitani, K
  • Journal Title: Biotechnology in Agriculture and Forestry 53 Pages: 217-230
• [Publications] Nakamura, T. et al.: "Two azuki bean XTH genes, VaXTH1 and VaXTH2, with similar tissue-specific expression profiles, are differently regulated by auxin"Plant and Cell Physiology. 44. 16-24 (2003)
• [Publications] Hyodo, H. et al.: "Active gene expression of a xyloglucan endotransglucosylase/hydrolase gene, XTH9, in inflorescence apices is related to cell elongation in Arabidopsis"Plant Molecular Biology. 54. 473-482 (2003)
• [Publications] Yokoyama, R. et al.: "A surprising diversity and abundance of XTHs (xyloglucan endotransglucosylase/hydrolases) in rice : classification and expression analysis."Plant Physiology. 134. 1088-1099 (2004)
• [Publications] 井本桂子 他: "オリゴDNAマイクロアレーによる植物の形作りの包括的解析"化学と生物. 41. 9-11 (2003)
• [Publications] Yokoyama, R. et al.: "Cell wall dynamics in tobacco BY-2 cells."Biotechnology in Agriculture and Forestry. 53. 217-230 (2004)