花成ホルモン・フロリゲンを起点とする花形成の「鍵と鍵穴」相互作用の解明

• 研究領域: 植物新種誕生の原理―生殖過程の鍵と鍵穴の分子実態解明を通じて―
• 研究課題/領域番号: 16H06466
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 横浜市立大学
• 研究代表者: 辻 寛之 横浜市立大学, 木原生物学研究所, 准教授 (40437512)
• 研究分担者: 坂 智広 横浜市立大学, 木原生物学研究所, 教授 (80343771)
• 研究期間 (年度): 2016-06-30 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 95,940千円 (直接経費: 73,800千円、間接経費: 22,140千円); 2020年度: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円); 2019年度: 18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円); 2018年度: 19,110千円 (直接経費: 14,700千円、間接経費: 4,410千円); 2017年度: 19,890千円 (直接経費: 15,300千円、間接経費: 4,590千円); 2016年度: 21,060千円 (直接経費: 16,200千円、間接経費: 4,860千円)
• キーワード: イネ / 茎頂メリステム / フロリゲン / エピジェネティクス / メリステム / 花成 / 生殖 / エピゲノミクス / イメージング / フロリゲン活性化複合体 / 鍵と鍵穴 / 新種誕生 / 植物 / 発生・分化 / 育種学

研究成果の概要

フロリゲン(正体はFTタンパク質)は植物の花芽分化を開始させる因子であり、花の中で行われる生殖過程のすべてはフロリゲンから始まると言える。本研究では、フロリゲンによる花芽分化の「鍵と鍵穴」の実体を分子レベルで解明することを目的に研究を実施した。フロリゲンは茎頂メリステムにおいて濃度勾配を形成して花芽分化の時空間的な進行を制御を示した。さらに、「フロリゲンによるメリステムの生殖成長相転換」と「生殖細胞の分化過程」の2回エピゲノム・リプログラミングが生じることを発見した。国際共同研究で異質倍数体であるコムギ10系統のゲノム配列を決定した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

フロリゲンは植物の花を形成させる物質である。花が作られるとその後花が咲き果実が形成される。この果実は人類の食糧になることから、フロリゲンは植物を利用した人類の生存を担う物質であると言える。しかしフロリゲンがどのように機能するのかはよくわかっていない。本研究ではフロリゲンが植物の茎の先端で花の形成を開始させる際、DNA上に特別な修飾を導入することを発見した。この修飾によってDNAが守られることにより、世代を超えて安定した植物生産が担保される可能性を見出した。

研究成果

• [国際共同研究] University of Zurich(スイス)
• [雑誌論文] DNA methylation is reconfigured at the onset of reproduction in rice shoot apical meristem (2020)
  • 著者名/発表者名: Higo Asuka、Saihara Noriko、Miura Fumihito、Higashi Yoko、Yamada Megumi、Tamaki Shojiro、Ito Tasuku、Tarutani Yoshiaki、Sakamoto Tomoaki、Fujiwara Masayuki、Kurata Tetsuya、Fukao Yoichiro、Moritoh Satoru、Terada Rie、Kinoshita Toshinori、Ito Takashi、Kakutani Tetsuji、Shimamoto Ko、Tsuji Hiroyuki
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1 ページ: 1-1
  • DOI: 10.1038/s41467-020-17963-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Antagonistic regulation of the gibberellic acid response during stem growth in rice (2020)
  • 著者名/発表者名: Nagai Keisuke et al.
  • 雑誌名: Nature 巻: 584 号: 7819 ページ: 109-114
  • DOI: 10.1038/s41586-020-2501-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Multiple wheat genomes reveal global variation in modern breeding (2020)
  • 著者名/発表者名: Walkowiak Sean et al.
  • 雑誌名: Nature 巻: 588 号: 7837 ページ: 277-283
  • DOI: 10.1038/s41586-020-2961-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] De Novo Genome Assembly of the Japanese Wheat Cultivar Norin 61 Highlights Functional Variation in Flowering Time and Fusarium-Resistant Genes in East Asian Genotypes (2020)
  • 著者名/発表者名: Shimizu Kentaro et al.
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 62 号: 1 ページ: 8-27
  • DOI: 10.1093/pcp/pcaa152
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Field transcriptome analysis reveals a molecular mechanism for cassava-flowering in a mountainous environment in Southeast Asia (2020)
  • 著者名/発表者名: Tokunaga Hiroki et al.
  • 雑誌名: Plant Molecular Biology 巻: in press 号: 3 ページ: 233-248
  • DOI: 10.1007/s11103-020-01057-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Life-course monitoring of endogenous phytohormone levels under field conditions reveals diversity of physiological states among barley accessions (2020)
  • 著者名/発表者名: Hirayama T, Saisho D, Matsuura T, Okada S, Takahagi K, Kanatani A, Ito J, Tsuji H, Ikeda Y, Mochida K
  • 雑誌名: Plant Cell Physiologists 巻: pcaa046 号: 8 ページ: 1-32
  • DOI: 10.1093/pcp/pcaa046
  • NAID: 120007019116
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Training instance segmentation neural network with synthetic datasets for crop seed phenotyping. (2020)
  • 著者名/発表者名: Toda, Y., Okura, F., Ito, J. et al.
  • 雑誌名: Commun Biol 巻: 3 号: 1 ページ: 173-173
  • DOI: 10.1038/s42003-020-0905-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] WEG1 , which encodes a cell wall hydroxyproline‐rich glycoprotein, is essential for parental root elongation controlling lateral root formation in rice (2020)
  • 著者名/発表者名: Lucob‐Agustin Nonawin、Kawai Tsubasa、Takahashi‐Nosaka Misuzu、Kano‐Nakata Mana、Wainaina Cornelius M.、Hasegawa Tomomi、Inari‐Ikeda Mayuko、Sato Moeko、Tsuji Hiroyuki、Yamauchi Akira、Inukai Yoshiaki
  • 雑誌名: Physiologia Plantarum 巻: 169 号: 2 ページ: 214-227
  • DOI: 10.1111/ppl.13063
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Regulation of stomatal opening and histone modification by photoperiod in Arabidopsis thaliana (2019)
  • 著者名/発表者名: Aoki Saya、Toh Shigeo、Nakamichi Norihito、Hayashi Yuki、Wang Yin、Suzuki Takamasa、Tsuji Hiroyuki、Kinoshita Toshinori
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 10054-10054
  • DOI: 10.1038/s41598-019-46440-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] TILLERS ABSENT1, the WUSCHEL ortholog, is not involved in stem cell maintenance in the shoot apical meristem in rice (2019)
  • 著者名/発表者名: Chie Suzuki, Wakana Tanaka, Hiroyuki Tsuji, and Hiro-Yuki Hirano
  • 雑誌名: Plant Signaling & Behavior 巻: 14 号: 9 ページ: 1640565-1640565
  • DOI: 10.1080/15592324.2019.1640565
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An optimized isolation protocol yields high‐quality RNA from cassava tissues ( Manihot esculenta Crantz) (2019)
  • 著者名/発表者名: Behnam Babak、Bohorquez‐Chaux Adriana、Castaneda‐Mendez Oscar Fernando、Tsuji Hiroyuki、Ishitani Manabu、Becerra Lopez‐Lavalle Luis Augusto
  • 雑誌名: FEBS Open Bio 巻: 9 号: 4 ページ: 814-825
  • DOI: 10.1002/2211-5463.12561
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Development of the VIGS System in the Dioecious Plant Silene latifolia (2019)
  • 著者名/発表者名: Fujita Naoko、Kazama Yusuke、Yamagishi Noriko、Watanabe Kyoko、Ando Saki、Tsuji Hiroyuki、Kawano Shigeyuki、Yoshikawa Nobuyuki、Komatsu Ken
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 20 号: 5 ページ: 1031-1031
  • DOI: 10.3390/ijms20051031
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] TFL1-Like Proteins in Rice Antagonize Rice FT-Like Protein in Inflorescence Development by Competition for Complex Formation with 14-3-3 and FD. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kaneko-Suzuki M, Kurihara-Ishikawa R, Okushita-Terakawa C, Kojima C, Nagano-Fujiwara M, Ohki I, Tsuji H, Shimamoto K, Taoka KI.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 59 号: 3 ページ: 458-468
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy021
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Molecular function of florigen (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Tsuji
  • 雑誌名: Breeding Science 巻: 67 ページ: 327-332
  • NAID: 130006164476
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Imaging florigen distribution in vivo. (2017)
  • 著者名/発表者名: Noriko Saihara, Hiroyuki Tsuji
  • 雑誌名: Plant Morphology 巻: 29 ページ: 27-31
  • NAID: 130006647096
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Imaging florigen distribution in vivo (2016)
  • 著者名/発表者名: Saihara N., Tsuji H.
  • 雑誌名: Plant Morphology 巻: 印刷中
  • NAID: 130006647096
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] イネ茎頂メリステムと葉の多検体トランスクリプトームによる成長トラジェクトリの解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 吉田 綾1、保坂 碧1、吉田 明希子1,2、井藤 純1、辻 寛之1
  • 学会等名: 日本育種学会第139回講演会
• [学会発表] ライブイメージングによるフロリゲンの細胞間移行と濃度勾配形成の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中村 珠里1、田中 真理1、辻 寛之1
  • 学会等名: 日本育種学会第139回講演会
• [学会発表] イネ茎頂メリステムにおける植物ホルモンシグナル伝達のイメージング (2021)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 萌子1、坂本 勇貴2、松永 幸大3、辻 寛之1
  • 学会等名: 日本育種学会第139回講演会
• [学会発表] イネの3Dゲノムに対して異種染色体の添加が与える影響の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 真弓 彩夏1、保坂 碧1、安井 秀2、野々村 賢一3、松永 幸大4、坂本 卓也5、武田 紀子1、山口 佳穂1、辻 寛之1
  • 学会等名: 日本育種学会第139回講演会
• [学会発表] フロリゲンと受容体によるイネ茎頂メリステム成長相転換の初期過程のイメージング (2021)
  • 著者名/発表者名: 安藤 咲1、佐藤 萌子1、藤田 亜希子2、山田 恵美2、○辻 寛之1
  • 学会等名: 日本育種学会第139回講演会
• [学会発表] イネ茎頂メリステムにおける植物ホルモンシグナル伝達のイメージング (2021)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 萌子1、坂本 勇貴2、松永 幸大3、辻 寛之1
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 野外・室内環境下におけるオオムギシュート頂メリステムの細胞動態解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 新井 駿一1、井藤 純1、久下 修平1、佐藤 奈緒1、野村 有子1、杉村 みどり1、最相 大輔2、辻 寛之1
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Molecular function of florigen (2019)
  • 著者名/発表者名: Tsuji H
  • 学会等名: PSC seminar, Shanghai Jao Tong University, Shanghai, China
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Molecular function of florigen (2019)
  • 著者名/発表者名: Tsuji H
  • 学会等名: Shanghai Center for Plant Stress Biology, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, China
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Imaging florigen distribution in the shoot apical meristem (2019)
  • 著者名/発表者名: Tsuji H
  • 学会等名: 17th International Symposium on Rice Functional Genomics (ISRFG2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] DNA Methylation of the Transposable Elements Is Reconfigured at the Onset of the Reproductive Phase in the Rice Shoot Apical Meristem (2019)
  • 著者名/発表者名: Tsuji H
  • 学会等名: Plant and Animal Genome XXVII
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] イネ茎頂分裂組織の相転換における DNA メチル化パターンの動態とその制御機構 (2019)
  • 著者名/発表者名: 肥後あすか，三浦史仁，伊藤隆司，島本功，辻寛之
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] イネ bZIP 型転写因子によるブラシノステロイド関連遺伝子発現制御の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 吉田英樹，島谷善平，鈴木寿法，寺田理枝，上口(田中)美弥子，松岡信，辻寛之
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 花成におけるイネ茎頂メリステムのサイトカイニンシグナル伝達のイメージングと機能解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐藤萌子，北野英己，辻寛之
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] サボテンのフロリゲン (2019)
  • 著者名/発表者名: 長谷川菜月，田中啓介，高橋宏和，西山智明，坂本勇貴，Dario Copeti，小林久人，中園幹生，清 水健太郎，松永幸大，辻寛之
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 高感度な発光レポーター NanoLuc の植物細胞での利用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田岡健一郎，島谷善平，小川真奈，齋藤洋美，池田洋一，赤司裕子，山口公志，寺田理枝，川崎努， 辻寛之
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 野外環境下におけるオオムギの開花関連遺伝子制御ネットワークの変化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 井上小槙，高萩航太郎，上原由紀子，清水みなみ，最相大輔，松浦恭和，金谷麻加，井藤純，辻 寛之，平山隆志，持田恵一
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 圃場オオムギを用いた時系列クロマチン修飾解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 池田陽子，金谷麻加，井上小槙，最相大輔，井藤純，辻寛之，持田恵一，平山隆志
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 第何葉のフロリゲンが花成を起こすのか? (2019)
  • 著者名/発表者名: 吉田 綾 , 吉田 明希子 , 辻 寛之
  • 学会等名: 日本育種学会第135回講演会
• [学会発表] フロリゲンの超解像イメージング (2019)
  • 著者名/発表者名: 石井 惇仁 , 辻 寛之
  • 学会等名: 日本育種学会第135回講演会
• [学会発表] 花成におけるイネ茎頂メリステムのサイトカイニ ンシグナル伝達のイメージングと機能解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 萌子, 北野 英己, 辻 寛之
  • 学会等名: 日本育種学会第135回講演会
• [学会発表] Developmental phenology of shoot apical meristem in rice (2018)
  • 著者名/発表者名: Tsuji H
  • 学会等名: SMBE Satellite Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The DNA methylation dynamics in rice shoot apical meristem (2018)
  • 著者名/発表者名: Higo A. et al.
  • 学会等名: 25th International Conference of Sexual Plant Reproduction
  • 国際学会
• [学会発表] Florigen gene expression in every leaf throughout rice development. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshida A, Yoshida A, Tsuji H.
  • 学会等名: 25th International Conference of Sexual Plant Reproduction
  • 国際学会
• [学会発表] Imaging of cytokinin signaling in the shoot apical meristem of rice. (2018)
  • 著者名/発表者名: Sato, M., Taira,S., Shiono, K., Tsuji, H.
  • 学会等名: 25th International Conference of Sexual Plant Reproduction
  • 国際学会
• [学会発表] Distribution of FLOWERING LOCUS T protein coordinates downstream gene expression and hormonal response during floral transition in the shoot apical meristem. (2018)
  • 著者名/発表者名: Fujita A. et al.
  • 学会等名: 25th International Conference of Sexual Plant Reproduction
  • 国際学会
• [学会発表] lasticity of flowering time in response to environmental cues at the shoot apex in field-grown barley varieties. (2018)
  • 著者名/発表者名: Ito, J., Saisho, S., Mochida, K., Hirayama, T., Tsuji, H.
  • 学会等名: 25th International Conference of Sexual Plant Reproduction
  • 国際学会
• [学会発表] RCN, rice TFL1, antagonize Hd3a in inflorescence development by competition for complex formation with 14-3-3 and FD. (2018)
  • 著者名/発表者名: Taoka, K., et al.
  • 学会等名: 25th International Conference of Sexual Plant Reproduction
  • 国際学会
• [学会発表] Molecular Function of Florigen (2018)
  • 著者名/発表者名: Tsuji H
  • 学会等名: 16th International Symposium on Rice Functional Genomics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Genome wide DNA-DNA interaction map of rice (2018)
  • 著者名/発表者名: Mayumi A
  • 学会等名: 16th International Symposium on Rice Functional Genomics
  • 国際学会
• [学会発表] Imaging of cytokinin signaling in the shoot apical meristem of rice. (2018)
  • 著者名/発表者名: Sato M
  • 学会等名: 16th International Symposium on Rice Functional Genomics
  • 国際学会
• [学会発表] DNA methylation dynamics in the rice shoot apical meristem (2018)
  • 著者名/発表者名: Higo A
  • 学会等名: GMI seminar
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Florigen distribution in the shoot apical meristem during the early phase of reproductive transition (2018)
  • 著者名/発表者名: Tsuji, H.
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会シンポジウム「Maintenance of Stem-ness and Cell Fate Determination in Plants and Animals」
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Florigen function and epigenomic regulation during floral transition (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsuji H.
  • 学会等名: 第58回 日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 鹿児島大学、鹿児島県鹿児島市
  • 年月日: 2017-03-17
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Florigen-induced epigenomic reprograming in the shoot apical meristem (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsuji H.
  • 学会等名: Life Science Switzerland (LS2) Annual Meeting 2017
  • 発表場所: University of Zurich, Zurich, Switzerland
  • 年月日: 2017-02-02
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] フロリゲンの分子機能解明と植物改良への展開 (2017)
  • 著者名/発表者名: 辻 寛之
  • 学会等名: 2017年度生命科学系学会合同年次大会 ConBio2017
  • 招待講演
• [学会発表] フロリゲンの分子機能解明と植物改良への展開 (2017)
  • 著者名/発表者名: 辻 寛之
  • 学会等名: 植物科学シンポジウム２０１７「植物科学のバイオ農業への展開」
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular function of florin in the shoot apical meristem (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsuji, H.
  • 学会等名: Plant and Animal Genome Asia 2017 (PAG Asia 2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Florigen-induced transposon silencing in the shoot apical meristem (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsuji, H.
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Asia Conference on Plant Cell and Developmental Biology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 植物幹細胞のエピゲノム・リプログラミング (2016)
  • 著者名/発表者名: 辻 寛之
  • 学会等名: 第５回生命医薬情報学連合大会 (IIBMP2016)
  • 発表場所: 東京国際交流会館プラザ平成（お台場） 東京都 台東区
  • 年月日: 2016-09-29
  • 招待講演
• [学会発表] 花咲かじいさんの灰をめざしてー花成ホルモン・フロリゲンの秘密にせまる (2016)
  • 著者名/発表者名: 辻 寛之
  • 学会等名: 日本育種学会 第130回講演会 公開シンポジウム
  • 発表場所: 鳥取大学乾燥地研究センター 鳥取県 鳥取市
  • 年月日: 2016-09-26
  • 招待講演
• [学会発表] フロリゲンが植物に環境の記憶を刻み込む過程のイメージング (2016)
  • 著者名/発表者名: 辻 寛之
  • 学会等名: 日本植物学会第80回大会,
  • 発表場所: 沖縄コンベンションセンター 沖縄県那覇市
  • 年月日: 2016-09-16
  • 招待講演
• [学会発表] 花芽をつくる植物ホルモン・フロリゲンの分子機能 (2016)
  • 著者名/発表者名: 辻 寛之
  • 学会等名: 名古屋大学・理学研究科 IGERセミナー
  • 発表場所: 名古屋大学 愛知県名古屋市
  • 年月日: 2016-08-05
  • 招待講演
• [学会発表] フロリゲンの分子機能 (2016)
  • 著者名/発表者名: 辻 寛之
  • 学会等名: 名古屋大学・生命農学研究科 IGERセミナー
  • 発表場所: 名古屋大学 愛知県名古屋市
  • 年月日: 2016-07-14
  • 招待講演
• [学会発表] フロリゲンの超解像度イメージング (2016)
  • 著者名/発表者名: 辻 寛之
  • 学会等名: イネ遺伝学・分子生物学ワークショップ2016,
  • 発表場所: 名古屋大学 愛知県名古屋市
  • 年月日: 2016-07-04
  • 招待講演
• [備考] 横浜市立大学・木原生物学研究所 辻研究室
  • URL: https://hiroyukitsuji.tumblr.com/
• [備考] 横浜市立大学・木原生物学研究所 辻研究室
  • URL: https://hiroyukitsuji.tumblr.com
• [備考] 横浜市立大学・木原生物学研究所 辻研究室
  • URL: http://hiroyukitsuji.tumblr.com
• [備考] Website
  • URL: http://hiroyukitsuji.tumblr.com