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概日時計による細胞運命決定制御の普遍性

Research Project

Project/Area Number 18H02461
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 44030:Plant molecular biology and physiology-related
Research InstitutionNara Institute of Science and Technology

Principal Investigator

遠藤 求  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (80551499)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2020: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Fiscal Year 2019: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Fiscal Year 2018: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
Keywords概日時計 / 細胞運命決定 / 1細胞解析 / 植物 / 分化誘導 / 1細胞トランスクリプトーム / 分化
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、細胞運命決定における概日リズムの役割を明らかにするため、分化誘導系(VISUAL)を用いて、葉肉細胞から維管束細胞への脱分化および再分化過程における概日リズムを1細胞RNA-seqにより解析した。
まず、概日時計が脱分化/分化にどのような影響をおよぼすかを明らかにするため、時計遺伝子変異体cca1lhy toc1やlux noxを用いて子葉を分化誘導した。その結果、すでに分化誘導に関わることが知られているBES1の変異体であるbes1で見られるような分化誘導不全が観察され、概日時計は分化誘導に関わっていることが示唆された。さらにChIP-qPCRにより、BES1がLHYのプロモーターに結合していることを明らかにし、これまで示されていたBES1を介した分化誘導に概日時計が関わっていることが初めて示唆された。
そこで1細胞RNA-seqにより遺伝子発現変動を網羅的に解析し、さらに独自のアルゴリズムによって時系列を再構成するための手法であるPeakMatchを確立した、これを用いた解析から、分化前ではLHYやCCA1といった時計遺伝子の発現が高い一方で、幹細胞時には全ての時計遺伝子の振幅が低下し、分化直前に時計遺伝子LUXの発現が急速に誘導されることを明らかにした。また、LUXは非分化誘導時の芽生えの根端や茎頂部付近で特異的に発現していることもLUCを用いたレポーターアッセイから明らかになり、時計遺伝子LUXが起点となり分化誘導が起こっていることが強く示唆された。
最後にLUCのChIP-seqを行ったところ、予想どおり、細胞分裂や分化に関わる遺伝子が直接の制御標的として同定され、この仮説が裏付けられた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

研究自体は順調に完遂したものの、投稿論文の査読および追加実験に大幅に時間を取られてしまい、期間内にはアクセプトに至らなかった。これまでに、アルゴリズム部分については論文を発表しており、現在は、生物学的な実験部分についてまとめた論文が査読中である。

Strategy for Future Research Activity

査読中の論文が採択されるよう、必要となる追加実験を適宜行う。またこの過程で非分化誘導の植物における概日時計の発現パターンが地上部で見られるものとは大きく異なっていることが明らかになっていることから、1細胞RNA-seqの結果も活かしつつ、その形成原理を明らかにする。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(42 results)

All 2022 2021 2020 2019 2018

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 3 results) Presentation (37 results) (of which Int'l Joint Research: 22 results,  Invited: 6 results)

  • [Journal Article] Sulfanilamide Regulates Flowering Time through Expression of the Circadian Clock Gene LUX2022

    • Author(s)
      Hirohata Atsuhiro、Yamatsuta Yuta、Ogawa Kaori、Kubota Akane、Suzuki Takamasa、Shimizu Hanako、Kanesaka Yuki、Takahashi Nozomu、Endo Motomu
    • Journal Title

      Plant and Cell Physiology

      Volume: -

    • DOI

      10.1093/pcp/pcac027

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  • [Journal Article] Color-Changing Fluorescent Barcode Based on Strand Displacement Reaction Enables Simple Multiplexed Labeling2022

    • Author(s)
      Makino Koki、Susaki Etsuo A.、Endo Motomu、Asanuma Hiroyuki、Kashida Hiromu
    • Journal Title

      Journal of the American Chemical Society

      Volume: 144 Pages: 1572-1579

    • DOI

      10.1021/jacs.1c09844

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  • [Journal Article] Na+/Ca2+ exchanger mediates cold Ca2+ signaling conserved for temperature-compensated circadian rhythms2021

    • Author(s)
      Kon Naohiro、Wang Hsin-tzu、Kato Yoshiaki S.、Uemoto Kyouhei、Kawamoto Naohiro、Kawasaki Koji、Enoki Ryosuke、Kurosawa Gen、Nakane Tatsuto、Sugiyama Yasunori、Tagashira Hideaki、Endo Motomu、Iwasaki Hideo、Iwamoto Takahiro、Kume Kazuhiko、Fukada Yoshitaka
    • Journal Title

      Sci Adv

      Volume: 7 Pages: 1-12

    • DOI

      10.1126/sciadv.abe8132

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  • [Journal Article] Time-Series Single-Cell RNA-Seq Data Reveal Auxin Fluctuation during Endocycle2020

    • Author(s)
      Kotaro Torii
    • Journal Title

      Plant and Cell Physiology

      Volume: 61 Pages: 243254-243254

    • DOI

      10.1093/pcp/pcz228

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      Akane Kubota & Motomu Endo
    • Journal Title

      Nature Plants

      Volume: 6 Pages: 336-337

    • DOI

      10.1038/s41477-020-0636-0

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      森本隆弘、Carlo F M Gian 粕谷日向子、久保田茜、高橋望、中道範人、遠藤求
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      近藤祐雅、久保田茜、菅野茂夫、村中智明、高橋望、今泉貴登、遠藤求
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      第63回日本植物生理学会
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      Yu Leng, Akane Kubota, Nozomu Takahashi, Tatsuaki Goh, Motomu Endo
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      第28回 日本時間生物学会学術大会
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      上本恭平、国本有美、荒木崇、遠藤求
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      第28回 日本時間生物学会学術大会
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  • [Presentation] 地上部の概日時計による根毛伸長メカニズムの解析2021

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      池田ひかり、内川大雅、近藤洋平、久保田茜、遠藤求
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      日本植物学会 第85回大会
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  • [Presentation] 野外環境における光と温度によるFT遺伝子の発現制御機構2021

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      久保田茜、近藤祐雅、遠藤求、今泉貴登
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      日本植物学会 第85回大会
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  • [Presentation] 高温による花成制御機構の解析2021

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      尾崎友亮、久保田茜、今泉貴登、遠藤求
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      日本植物学会 第85回大会
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  • [Presentation] Seasonal cues control the daily expression patterns of FT to optimize flowering time in nature2021

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      Akane Kubota, Yusuke Ozaki, Yoshinori Kondo, Motomu Endo, Takato Imaizumi
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      Motomu Endo
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      久保田 茜, 今村 慎吾,遠藤 求, 今泉 貴登
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      山中 美和子, 久保田 茜, 遠藤 求
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      第61回日本植物生理学会年会
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      上本 恭平, 国本 有美, 荒木 崇, 遠藤 求
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      内川 大雅, 久保田 茜, 遠藤 求
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      上本 恭平, 国本 有美, 荒木 崇, 遠藤 求
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      別城 啓太, 鳥井 孝太郎, 井上 佳祐, 清水 華子, 荒木 崇, 遠藤 求
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  • [Presentation] Circadian clocks in Arabidopsis regulates cell-fate determination.2018

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      Motomu Endo
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      apporo Symposium on Biological Rhythm in 2018
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited

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Published: 2018-04-23   Modified: 2022-12-28  

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