植物細胞の分化可塑性を支える発生基盤の解明

• Project/Area Number: 17J40121
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Plant molecular biology/Plant physiology
• Research Institution: Niigata University (2019); Institute of Physical and Chemical Research (2017-2018)
• Principal Investigator: 池内 桃子 新潟大学, 自然科学系, 准教授
• Project Period (FY): 2017-07-03 – 2021-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2017: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
• Keywords: 器官再生 / 細胞リプログラミング / 再生 / 遺伝子制御ネットワーク

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、シロイヌナズナおよびユニークな再生様式を有するイワタバコ科植物の比較を通して、再生メカニズムの多様性を明らかにすることを目的として行ってきた。第一に、表皮細胞など高度に分化した細胞種が脱分化して再生芽を形成するイワタバコ科植物を新たな再生研究のモデル系とすべく研究を進めてきた。これまで予備的な実験はPrimulina vertigo を用いて行ってきたが、本種は雑種であり遺伝子発現解析や遺伝学的な解析に最適ではないため、イワタバコ科のモデル種として整備が進んでいるChirita pumila への切り替え準備を進めてきた。Chirita pumila においてアグロバクテリアを用いた形質転換系に取り組んでおり、条件検討を進めた。また、葉の表皮細胞が分裂して新たなメリステムを形成するというユニークな現象を深く理解するために、細胞分裂パターンの画像解析によって数理的に解析する方法を検討した。シロイヌナズナを使ったプロジェクトでは、カルスの再生能力を制御する新規因子の同定と解析を進めることができた。さらに組織学的な解析を進めた結果、本変異体ではカルスの中で幹細胞形成に寄与する細胞種の割合が高まっているのではないかという着想を得た。そこでこの仮説を検討するために、野生型と変異体においてカルスの1細胞RNA-seq 解析を行った。これまでに条件検討をすすめ、細胞分取とRNA抽出、cDNA合成まで完了した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

イワタバコ科植物を使ったプロジェクトでは、細胞分裂パターンの数理的解析などにおいて共同研究の準備を進め、また形質転換系の確立に向けて条件検討を進めるなど着実な進展が見られる。シロイヌナズナのプロジェクトでは、私がこれまでに発見した遺伝子機能解析を進める一方で、本遺伝子がカルスの細胞種を規定する機能を持つのではないかという発見に基づいて、最新の技術である1細胞RNA-seq 解析の共同研究も進めるなど、今年度は研究が新たな展開を見せた。共同研究での原著論文も複数発表し、国際学会で発表して参加者との積極的なディスカッションをするなど、活発に研究を進めた一年であったといえる。パーマネントのかつ独立の准教授職に就くこともでき、今後はさらなる研究活動の進展が期待できる。

Strategy for Future Research Activity

これまでに進めてきた条件検討に基づき、イワタバコ科で形質転換系を確立することが重要な課題である。また、画像解析についても更に具体的に検討を進め、発生学的な知見を得ていきたい。

Research Products

• [Journal Article] Histone acetylation orchestrates wound-induced transcriptional activation and cellular reprogramming in Arabidopsis (2019)
  • Author(s): Rymen Bart、Kawamura Ayako、Lambolez Alice、Inagaki Soichi、Takebayashi Arika、Iwase Akira、Sakamoto Yuki、Sako Kaori、Favero David S.、Ikeuchi Momoko、Suzuki Takamasa、Seki Motoaki、Kakutani Tetsuji、Roudier Fran?ois、Sugimoto Keiko
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 2 Issue: 1 Pages: 404-404
  • DOI: 10.1038/s42003-019-0646-5
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Molecular Basis for Natural Vegetative Propagation via Regeneration in North American Lake Cress, Rorippa aquatica (Brassicaceae) (2019)
  • Author(s): Amano Rumi、Nakayama Hokuto、Momoi Risa、Omata Emi、Gunji Shizuka、Takebayashi Yumiko、Kojima Mikiko、Ikematsu Shuka、Ikeuchi Momoko、Iwase Akira、Sakamoto Tomoaki、Kasahara Hiroyuki、Sakakibara Hitoshi、Ferjani Ali、Kimura Seisuke
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 61 Issue: 2 Pages: 353-369
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz202
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Molecular Mechanisms of Plant Regeneration (2019)
  • Author(s): Ikeuchi Momoko、Favero David S.、Sakamoto Yuki、Iwase Akira、Coleman Duncan、Rymen Bart、Sugimoto Keiko
  • Journal Title: Annual Review of Plant Biology Volume: 70 Issue: 1 Pages: 377-406
  • DOI: 10.1146/annurev-arplant-050718-100434
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A Gene Regulatory Network for Cellular Reprogramming in Plant Regeneration (2018)
  • Author(s): Ikeuchi M, Shibata M, Rymen B, Iwase A, Bagman AM, Watt L, Coleman D, Favero DS, Takahashi T, Ahnert SE, Brady SM, Sugimoto K
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 59 Issue: 4 Pages: 770-782
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy013
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Wounding Triggers Callus Formation via Dynamic Hormonal and Transcriptional Changes (2017)
  • Author(s): Ikeuchi M, Iwase A, Rymen B, Lambolez A, Kojima M, Takebayashi Y, Heyman J, Watanabe S, Seo M, De Veylder L, Sakakibara H, Sugimoto K
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: 175 Issue: 3 Pages: 1158-1174
  • DOI: 10.1104/pp.17.01035
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Latest Advances in Plant Development and Environmental Response: The Inaugural Cold Spring Harbor Asia Plant Biology Meeting in Japan (2017)
  • Author(s): Ikeuchi Momoko、Rhodes Jack
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 58 Issue: 8 Pages: 1286-1290
  • DOI: 10.1093/pcp/pcx083
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] A wounding-inducible WUSCHEL RELATED HOMEOBOX promotes callus formation via cell wall modification (2020)
  • Author(s): Momoko Ikeuchi, Akira Iwase, Keiko Sugimoto
  • Organizer: 日本植物生理学会
• [Presentation] WUSCHEL RELATED HOMEOBOX 13 mediates the tradeoff between tissue repair and de novo organogenesis in Arabidopsis (2019)
  • Author(s): Momoko Ikeuchi, Akira Iwase, Keiko Sugimoto
  • Organizer: International symposium Principles of pluripotent stem cells underlying plant vitality
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] otential trade-off between tissue repair and de novo organogenesis in Arabidopsis (2019)
  • Author(s): Momoko Ikeuchi, Akira Iwase, Keiko Sugimoto
  • Organizer: Cold Spring Harbor Asia: Plant Cell and Developmental Biology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Balancing act in the control of plant cell reprogramming (2019)
  • Author(s): Ikeuchi M, Iwase A, Sugimoto K
  • Organizer: 日本植物生理学会
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] How plants restart a brand-new life after injury (2018)
  • Author(s): Ikeuchi M, Iwase A, Sugimoto K
  • Organizer: Gordon Research Conference: Plant Molecular Biology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Emergency response and safety locking mechanism of plant cell differentiation (2018)
  • Author(s): Momoko Ikeuchi
  • Organizer: CSRS-ITbM joint meeting
  • Invited
• [Presentation] Wound-induced WOX plays key roles in callus growth and organ regeneration in Arabidopsis thaliana (2018)
  • Author(s): Momoko Ikeuchi, Akira Iwase, Keiko Sugimoto
  • Organizer: 日本植物生理学会
• [Presentation] カルス形成と茎葉再生におけるWOX 遺伝子の機能 (2017)
  • Author(s): 池内桃子、岩瀬哲、杉本慶子
  • Organizer: 日本植物学会