植物幹細胞の多能性を維持するメカニズムの解明

• 研究領域: 植物の生命力を支える多能性幹細胞の基盤原理
• 研究課題/領域番号: 17H06475
• 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: 東北大学
• 研究代表者: 経塚 淳子 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (90273838)
• 研究分担者: 豊岡 公徳 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 上級技師 (10360596)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 140,920千円 (直接経費: 108,400千円、間接経費: 32,520千円); 2021年度: 21,450千円 (直接経費: 16,500千円、間接経費: 4,950千円); 2020年度: 22,360千円 (直接経費: 17,200千円、間接経費: 5,160千円); 2019年度: 22,360千円 (直接経費: 17,200千円、間接経費: 5,160千円); 2018年度: 21,450千円 (直接経費: 16,500千円、間接経費: 4,950千円); 2017年度: 53,300千円 (直接経費: 41,000千円、間接経費: 12,300千円)
• キーワード: 植物幹細胞 / 無限成長性 / 有限成長性 / 転写因子APO2 / TAWAWA（TAW) / イネ穂 / ゼニゴケ / ヒメツリガネゴケ / 幹細胞の多能性 / イネAPO1/APO2 / TAWAWA1 / 頂端幹細胞 / 植物 / 幹細胞 / 多能性 / メリステム / 幹細胞の可視化 / イネ花序幹細胞 / APO1 / イネ / 1細胞トランスクリプトーム / 電子顕微鏡 / TAWWA1 / 花序幹細胞 / APO1、APO2 / 発生・分化 / 遺伝子

研究成果の概要

花序に花が着くパターンは植物の見かけや作物の収量に大きく影響する形質である。このパターンは無限成長性をもつメリステム形成から有限成長性の花メリステム形成へと発生プログラムが転換するタイミングによって決定される。イネAPO2、TAW1は、有限成長性への転換を遅らせる働きをもつ転写因子である。本研究ではAPO2が共通の遺伝子セットの制御領域に結合し、これらを繰り返しコントロールして花序のパターンを決定することを明らかにした。また、TAW1が花芽運命決定遺伝子や幹細胞の維持に必須の遺伝子を直接的にコントロールすることを見出した。さらに、TAW１の機能は広く陸上植物に保存されていることを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で解析した遺伝子はイネ科植物の花序形成において主導的な役割を果たす遺伝子であり、それらの機能や進化に関して基本的な知見が得られた。本成果は基礎研究という立場から重要であり、また、作物の育種という観点からも意義深い。

研究成果

• [国際共同研究] 南京農業大学(中国)
• [雑誌論文] Origins and evolution of the dual functions of strigolactones as rhizosphere signaling molecules and plant hormones (2022)
  • 著者名/発表者名: Kyozuka Junko、Nomura Takahito、Shimamura Masaki
  • 雑誌名: Current Opinion in Plant Biology 巻: 65 ページ: 102154-102154
  • DOI: 10.1016/j.pbi.2021.102154
  • 査読あり
• [雑誌論文] The bryophytes Physcomitrium patens and Marchantia polymorpha as model systems for studying evolutionary cell and developmental biology in plants. (2022)
  • 著者名/発表者名: Naramoto, S., Hata, Y., Fujita T, and Kyozuka J.
  • 雑誌名: The Plant Cell 巻: 34 号: 1 ページ: 228-246
  • DOI: 10.1093/plcell/koab218
  • 査読あり
• [雑誌論文] ABERRANT PANICLE ORGANIZATION2 controls multiple steps in panicle formation through common direct target genes. (2022)
  • 著者名/発表者名: Miao Y, Xun Q, Taji T, Tanaka K, Yasuno N, Ding C, Kyozuka J.
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 未定
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] NARROW AND DWARF LEAF 1, the Ortholog of Arabidopsis ENHANCER OF SHOOT REGENERATION1/DORNROSCHEN, Mediates Leaf Development and Maintenance of the Shoot Apical Meristem in Oryza sativa L (2021)
  • 著者名/発表者名: Kusnandar Andree S、Itoh Jun-Ichi、Sato Yutaka、Honda Eriko、Hibara Ken-ichiro、Kyozuka Junko、Naramoto Satoshi
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 63 号: 2 ページ: 265-278
  • DOI: 10.1093/pcp/pcab169
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fundamental mechanisms of the stem cell regulation in land plants: lesson from shoot apical cells in bryophytes (2021)
  • 著者名/発表者名: Hata Yuki、Kyozuka Junko
  • 雑誌名: Plant Molecular Biology 巻: - 号: 4-5 ページ: 213-225
  • DOI: 10.1007/s11103-021-01126-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Plant stem cell research is uncovering the secrets of longevity and persistent growth (2021)
  • 著者名/発表者名: Umeda Masaaki、Ikeuchi Momoko、Ishikawa Masaki、Ito Toshiro、Nishihama Ryuichi、Kyozuka Junko、Torii Keiko U.、Satake Akiko、Goshima Gohta、Sakakibara Hitoshi
  • 雑誌名: The Plant Journal 巻: Online ahead of print 号: 2 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1111/tpj.15184
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Suppression of Leaf Blade Development by BLADE-ON-PETIOLE Orthologs Is a Common Strategy for Underground Rhizome Growth (2020)
  • 著者名/発表者名: Toriba Taiyo、Tokunaga Hiroki、Nagasawa Kazuma、Nie Fanyu、Yoshida Akiko、Kyozuka Junko
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 30 号: 3 ページ: 509-516.e3
  • DOI: 10.1016/j.cub.2019.11.055
  • 査読あり
• [雑誌論文] The origin and evolution of the ALOG proteins, members of a plant-specific transcription factor family, in land plants (2020)
  • 著者名/発表者名: Naramoto Satoshi、Hata Yuki、Kyozuka Junko
  • 雑誌名: Journal of Plant Research 巻: 133 号: 3 ページ: 323-329
  • DOI: 10.1007/s10265-020-01171-6
  • NAID: 40022231058
  • 査読あり
• [雑誌論文] A conserved regulatory mechanism mediates the convergent evolution of plant shoot lateral organs. (2019)
  • 著者名/発表者名: Naramoto S, Jones VAS, Nicola, N, Sato M,Toyooka K, Shimamura M, Ishida S, Nishitani K,Ishizaki K, Nishihama R, Kohchi T, Dolan L, Kyozuka J.
  • 雑誌名: PLoS Biology 巻: 17 号: 12 ページ: 12-12
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.3000560
  • NAID: 120006813343
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] BLADE-ON-PETIOLE genes are not involved in the transition from protonema to gametophore in the moss Physcomitrella patens (2019)
  • 著者名/発表者名: Hata Yuki、Naramoto Satoshi、Kyozuka Junko
  • 雑誌名: Journal of Plant Research 巻: 132 号: 5 ページ: 617-627
  • DOI: 10.1007/s10265-019-01132-8
  • NAID: 40022011601
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cytokinin signaling is essential for organ formation in Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Aki Shiori S、Mikami Tatsuya、Naramoto Satoshi、Nishihama Ryuichi、Ishizaki Kimitsune、Kojima Mikiko、Takebayashi Yumiko、Sakakibara Hitoshi、Kyozuka Junko、Kohchi Takayuki、Umeda Masaaki
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 60 号: 8 ページ: 1842-1854
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz100
  • NAID: 120006711216
  • 査読あり
• [学会発表] Control of vegetative reproduction (2022)
  • 著者名/発表者名: Kyozuka J, Komatsu A, Kodama K, Kumagai K, Suzuki H
  • 学会等名: 第63回日本植物生理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Analysis of the vegetative reproduction in the hornwort Anthoceros angustus (2022)
  • 著者名/発表者名: Hidemasa Suzuki, Junko Kyozuka
  • 学会等名: 第63回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Control of meristem size and inflorescence architecture by APO2, a LEAFY ortholog, in rice. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kyozuka J, Yiling Miao, Chengqiang Ding
  • 学会等名: 7th International symposium on plant reproductive development
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ストリゴラクトンが取り持つコケとＡＭ菌の共生 (2021)
  • 著者名/発表者名: 経塚淳子
  • 学会等名: 日本植物学会第84回大会シンポジウム
• [学会発表] PpTAWs, ALOG transcription factors, repress stem cell activity in differentiating cell of the shoot apical meristem in Physcomitrium patens (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuki Hata, Satoshi Naramoto, Yuji Hiwatashi, Junko Kyozuka
  • 学会等名: FASEB Science Research Conference: Mechanisms in Plant Development, online
  • 国際学会
• [学会発表] Transcriptome approach to reveal target genes of SMXL in the liverwort Marchantia polymorpha (2021)
  • 著者名/発表者名: Hidemasa Suzuki, Kazato Kumagai, Aino Komatsu, Kyoichi Kodama, and Junko Kyozuka
  • 学会等名: 3rd International Congress on Strigolacones
  • 国際学会
• [学会発表] メリステム制御因子TAWAWA1はヒメツリガネゴケの分化を調節する (2020)
  • 著者名/発表者名: 秦有輝、楢本悟史、日渡祐二、経塚淳子
  • 学会等名: 日本植物学会第84回大会
• [学会発表] ゼニゴケK L信号伝達における抑制因子Mp S M X L発現のフィードバック制御 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小松 愛乃、水野 陽平、児玉 恭一、島崎 翔太、楢本 悟史、経塚 淳子
  • 学会等名: 日本植物学会第84回大会
• [学会発表] Molecular basis to look like their age: in case of rice leaves (2017)
  • 著者名/発表者名: Junko Kyozuka
  • 学会等名: The 1st IROASTSymposium 'Plant Cell and Developmental Biology：Approaaches to Multiscale Biosystems'
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Regulation of rice inflorescence architecture by a cooperative action of TAWAWA1 and BOP genes (2017)
  • 著者名/発表者名: Junko Kyozuka
  • 学会等名: XIX International Botanical Congress
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会・シンポジウム開催] TFC Symposium Plant Stem Cells: Source of Plant VItality (2019)
• [学会・シンポジウム開催] Marchantia Workshop (2019)