コケ植物から解き明かす植物幹細胞に特有の動作原理

• Project Area: Principles of pluripotent stem cells underlying plant vitality
• Project/Area Number: 18H04829
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 藤田 知道 北海道大学, 理学研究院, 教授 (50322631)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000); Fiscal Year 2019: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2018: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
• Keywords: 不等分裂 / コケ植物 / 植物幹細胞 / 原糸体頂端幹細胞

Outline of Annual Research Achievements

植物幹細胞が性質の異なる2つの娘細胞になる過程は、不等分裂または非対称分裂と呼ばれ、その分子機構の研究は限られたモデル被子植物で 行 われてきたものの、知識は断片的でありその大部分はまだよくわかっていない。そこで本研究ではこれまでの成果をさらに発展させ本領域の推進に役立てるため、ヒメツリガネゴケの原糸体頂端幹細胞に着目し、その幹細胞をin vivoの生きた状態で1細胞単位で研究し、植物に特有の分子制御機構を複数明らかにすることを目的とした 。ヒメツリガネゴケの原糸体は幹細胞が露出しており、このような目的に向いた材料である。また全ゲノム情報が利用でき、遺伝子の機能解析技術も蓄積している。このような材料の利点を生かし、植物幹細胞に特有の特徴を明らかにするために相互に関連の深い次の3つの研究課題に取り組んだ。《1》植物幹細胞の極性・不等分裂の制御機構、《2》植物幹細胞の不等分裂と等分裂を可逆的に制御する機構、《3》植物幹細胞の原形質連絡の制御機構に関する研究をそれぞれ実施した。
その結果、植物特有の転写因子が水チャネルを形成するアクアポリンを介して不等分裂の制御に関わることがわかってきた。液胞の形態異常を伴っており液胞が不等分裂の制御に関わる可能性が考えられた。また植物特有のアラビノガラクタンタンパク質に着目し研究を進めた。その結果、このタンパク質の糖鎖修飾部分が原糸体幹細胞の新生に重要である可能性も明らかにすることができた。またアラビノガラクタンタンパク質の下流でオーキシンシグナル伝達系の因子が重要な役割を担っていることを遺伝学的に明らかにできた。さらに原形質連絡を制御するアブシジン酸シグナル伝達因子を２つ同定することができた。今後は、これらの因子による分裂様式の切り替えと原形質連絡の開閉制御の関係をさらに調査する必要があると考えられた。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Quantitative imaging reveals distinct contributions of SnRK2 and ABI3 in plasmodesmatal permeability in Physcomitrella patens (2020)
  • Author(s): Tomoi, T., Kawade, K., Kitagawa, M., Sakata, Y., Tsukaya, H., and Fujita, T.
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: - Issue: 5 Pages: 942-956
  • DOI: 10.1093/pcp/pcaa021
  • NAID: 120007034038
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] AP2/ERF transcription factors regulate salt-induced chloroplast division in the moss Physcomitrella patens (2020)
  • Author(s): Do. T-.H., Pongthai P., Ariyarathne, M., Teh, O.-K., and Fujita, T.
  • Journal Title: Journal of Plant Research Volume: - Issue: 4 Pages: 537-548
  • DOI: 10.1007/s10265-020-01195-y
  • NAID: 40022267392
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Abscisic Acid Acts as a Regulator of Molecular Trafficking through Plasmodesmata in the Moss Physcomitrella patens (2018)
  • Author(s): Kitagawa Munenori、Tomoi Takumi、Fukushima Tomoki、Sakata Yoichi、Sato Mayuko、Toyooka Kiminori、Fujita Tomomichi、Sakakibara Hitoshi
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 60 Issue: 4 Pages: 738-751
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy249
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Physcomitrella patens gene atlas project: large scale RNA-seq based expression data. (2018)
  • Author(s): Perroud, P.-F., Haas, F., Hiss, M., Ullrich, K., Alboresi, A., Amirebrahimi, M., Barry, K., Bassi, R., Bonhomme, S., Chen, H., Coates, J., Fujita, T., et al.
  • Journal Title: Plant Journal Volume: 95 Issue: 1 Pages: 168-182
  • DOI: 10.1111/tpj.13940
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] ヒメツリガネゴケの原糸体幹細胞に必要な非対称性を制御するしくみ (2019)
  • Author(s): 藤田 知道，Teh Ooikock
  • Organizer: 日本植物学会第83会大会
  • Invited
• [Presentation] Evolutionarily distinct pathways are present to regulate chloroplast proliferation in the moss Physcomitrella patens (2019)
  • Author(s): Tomomichi Fujita, Prapaporn Pongthai, Huong Thi Do, Natsumi Inoue, Yasushi Yoshioka, Hiroyoshi Takano
  • Organizer: iMOSS 2019
  • Invited
• [Presentation] Ancient arabinogalactans modulate auxin signaling in Physcomitrella patens to regulate polarity (2019)
  • Author(s): 鄭恵国, Ren Junling, 長谷部 光泰, 藤田 知道
  • Organizer: 第60回日本植物生理学会年会
• [Presentation] 細胞間の高分子拡散に対する浸透圧ストレスの影響 (2018)
  • Author(s): 友井拓実、北川宗典、坂田洋一、川出健介、塚谷裕一、藤田知道
  • Organizer: 日本植物学会第82会大会
• [Presentation] ヒメツリガネゴケの平面内細胞極性における細胞膜局在型タンパク質のドメイン機能解析 (2018)
  • Author(s): 進藤千聖，Ooi-Kock Teh，Junling Ren，長谷部光泰，藤田知道
  • Organizer: 第59回日本植物生理学会年会
• [Remarks] 研究業績
  • URL: https://www.sci.hokudai.ac.jp/PlantSUGOIne/publication/