植物葉状器官の左右相称的発生分化におけるAS1、AS2遺伝子の機構解析

• 研究課題/領域番号: 14034257
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 中部大学
• 研究代表者: 町田 千代子 中部大学, 応用生物学部, 教授 (70314060)
• 研究分担者: 町田 泰則 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 教授 (80175596) ; 小島 晶子 中部大学, 応用生物学部, 助手 (10340209)
• 研究期間 (年度): 2002 – 2003
• 研究課題ステータス: 完了 (2003年度)
• 配分額: 6,800千円 (直接経費: 6,800千円); 2003年度: 3,400千円 (直接経費: 3,400千円); 2002年度: 3,400千円 (直接経費: 3,400千円)
• キーワード: シロイヌナズナ / 葉状器官 / ASYMMETRIC LEAVES1 / ASYMMETRIC LEAVES2 / 葉の発生分化 / 左右相称性 / 扁平性 / 茎頂メリステム / ホメオボックス遺伝子

研究概要

シロイヌナズナのAS1,AS2は、葉の分化過程において細胞の分化状態を維持する機能をもち、葉の左右相称性と扁平性に関わっている。
(1)AS1とAS2遺伝子の発現パターンの解析:AS1のmRNAは葉原基の突起予定部位で検出され、葉原基の発生が進むと葉の向軸側と背軸側の境界領域にある細胞で検出された。一方、AS2遺伝子のmRNAは、茎頂メリステム及び葉原基の全体で弱く検出され、葉原基の向軸側の第二層の細胞で相対的には少し強いシグナルとして検出された。また、向軸側と背軸側の境界領域にある細胞でもAS2のmRNAが検出された。このようにAS1とAS2のmRNAの蓄積パターンは必ずしも同じではないが、部分的には同じ細胞で発現しており、そのような細胞では共同して機能している可能性がある。また、細胞間を超えて相互作用して機能している可能性も考えられる。
(2)扁平な葉の形成におけるAS2の機能の解析:as1変異体とas2変異体では葉が下向きにカールするのに対して、AS2がわずかに過剰発現すると葉が上向きにカールし、葉の表側の表皮細胞の細胞数が極端に減少していた。また、このような葉の背軸側の細胞の一部は向軸的性質をもつ。これらの表現型はas1変異の遺伝的背景においては認められなかった。これらの結果は、AS1とAS2の両遺伝子が、葉の表側の表皮細胞の細胞増殖の制御に関わり、扁平な葉の形成に関与していることを示唆している。
(3)AS1、AS2タンパク質の細胞内局在の解析:AS1::GFP融合タンパク質またはAS2::YFP融合タンパク質を導入した形質転換体をそれぞれ作製した。AS1::GFP、AS2::YFPは核内の特定の領域にドット状に検出された。また、AS1とAS2はそれぞれの局在に対して影響を与えないことがわかった。

研究成果

• [文献書誌] Machida C., Ueno Y., Machida Y.: "Function of the ASYMMETRIC LEAVES1 and ASYMMETRIC LEAVES2 genes in leaf development of Arabidopsis."Plant Morphology. 15. 30-39 (2003)
• [文献書誌] Tanaka T., Tanaka H., Watanabe M., Machida C., Machida Y.: "A new method for rapid visualization of defects in leaf cuticle reveals five intrinsic patterns of surface defects in Arabidopsis."The Plant Journal. 37. 139-146 (2004)
• [文献書誌] Machida, C., Iwakawa, H., Ueno, Y., Semiarti, E., Tsukaya, H., Hasebe, M., Kojima, S., Machida, Y.: "Formation of a symmetric flat leaf lamina in Arabidopsis. Morphogenesis and Pattern Formation in Biological Systems : Experiments and Models"Springer-Verlag Tokyo. 177-178 (2003)
• [文献書誌] Tanaka, H., Watanabe, M.Watanabe, D., Tanaka, T., Machida, C., Machida, Y.: "ACR4, a putative receptor kinase gene of Arabidopsis thaliana that is expressed in the outer cell layers of embryos and plants, is involved in proper embryogenesis"Plant and Cell Physiology. 43. 419-428 (2002)
• [文献書誌] Iwakawa, H., Ueno, Y., Semiarti, E., Onouchi, H., Kojima, S., Tsukaya, H., Hasebe, Y., Soma, T., Ikezaki, M., Machida, C., Machida, Y.: "The ASYMMETRIC LEAVES2 gene of Arabidopsis thaliana, required for formation of a symmetric flat leaf lamina, encodes a member of a novel family of proteins characterized by cysteine repeats and a leucine zipper"Plant and Cell Physiology. 43. 467-478 (2002)
• [文献書誌] Ichikawa, T., Machida, C., Yoshioka, Y., Kitano, H., Machida, Y.: "The GLOBULAR ARREST1 gene, which is involved in the biosynthesis of folates, is essential for embryogenesis in Arabidopsis thaliana"The Plant Journal. 33. 235-244 (2003)
• [文献書誌] 町田千代子: "植物の形造り:葉の組み立て.明日を拓く植物科学.光りエネルギーを生物エネルギーにかえる植物の設計図を読む.第16回「大学と科学」公開シンポジウム講演収録集"クバプロ. 38-47 (2002)
• [文献書誌] 上野宜久, 町田千代子, 町田泰則: "葉の発生分化における左右相称性と扁平性の制御機構、植物の形づくり:遺伝子から見た分子メカニズム(編集:岡田清孝、町田泰則、島本功、福田裕穂、中村研三)蛋白質核酸酵素2002,9月号増刊"共立出版. 1570-1575 (2002)
• [文献書誌] Machida, C., Iwakawa, H., Ueno, Y., Semiarti, E., Tsukaya, H., Hasebe, M., Kojima S., Machida Y.: "Formation of a symmetric flat leaf lamina in Arabidopsis Morphogenesis and Pattern Formation in Biological Systems (edited by Sekimura T., Noji, S., Ueno N., and Maini, P. K.)"Springer-Verlag Tokyo(In Press). (2003)