茎頂根端軸の形成・維持を支配する細胞間相互作用の解析

• 研究課題/領域番号: 14036205
• 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: 東京大学
• 研究代表者: 福田 裕穂 東京大学, 大学院理学系研究科, 教授 (10165293)
• 研究分担者: 出村 拓 理化学研究所, 植物科学研究センター, チームリーダー(研究職) (40272009) ; 澤 進一郎 東京大学, 助教授 (00315748)
• 研究期間 (年度): 2002 – 2006
• 研究課題ステータス: 完了 (2006年度)
• 配分額: 172,000千円 (直接経費: 172,000千円); 2006年度: 32,500千円 (直接経費: 32,500千円); 2005年度: 32,500千円 (直接経費: 32,500千円); 2004年度: 35,500千円 (直接経費: 35,500千円); 2003年度: 35,500千円 (直接経費: 35,500千円); 2002年度: 36,000千円 (直接経費: 36,000千円)
• キーワード: シロイヌナズナ / 細胞間相互作用 / 脂質 / CLEペプチド / 小胞輸送 / 維管束 / レセプターキナーゼ / 突然変異体 / メリステム / 前形成層 / 葉酸 / ザイロジェン / 管状要素 / ダイナミン / ジーントラップ / 細胞内極性 / ARF / ヒャクニチソウ / 軸 / ファイトスルフォカイン / 二次細胞壁

研究概要

1)シロイヌナズナ変異体を用いた維管束の連続性に関する研究
VAN3およびその3つのシロイヌナズナホモローグの機能解析を進めた。VAN3のホモローグそれぞれの、ダブルミュータントおよび、トリプルミュータントは維管束の連続性に顕著な影響を及ぼさなかった。しかし、van3との4重変異体では、主脈の断片化を含むvan3より重篤な表現型が現れた。これにより、ACAPタイプのARF-GAPが維管束の連続性に極めて重要な働きをすることが、その中でもVAN3が中心的な役割を担うことが明らかになった。また、脂質との関連について、脂質合成の突然変異体との掛け合わせ、さらには、各ドメインを単独で導入した変異体を用いた解析などから、PHドメインでのptdins(4)Pへの結合が、VAN3の機能発現に必要なことが明らかになった。また、van3による多様なPINの局在に対する影響を調べたところ、1種のPINのみの局在に影響を与えることが分かり、このPINはVAN3による輸送系の制御を受けている可能性が示唆された。
2)発生における局所的細胞間相互作用の解析:
維管束阻害因子、TDIF(Tracheary elements Differentiation Inhibitory Factor)の同定に成功した。この原因遺伝子を単離したところ、シロイヌナズナのCLE41、CLE44に相当する遺伝子であることが分かった。また、CLE41、CLE44タンパク質は12個のアミノ酸として切り出され、さらに水酸化されることにより、活性ペプチドとなることが分かった。シロイヌナズナに存在する全CLEペプチド26種を化学合成し、その活性をシロイヌナズナ茎頂の成長阻害、シロイヌナズナ・イネの根の成長阻害、シロイヌナズナ維管束形成阻害、コケの伸長成長阻害について調べたところ、それぞれに特異性と共通性のあることが明らかとなった。
3)イネの横走維管束形成に関する研究
イネ葉の横走維管束の間隔が短くなる突然変異体を単離し、その解析を行った。その結果、この原因遺伝子がレセプターキナーゼをコードしていることが明らかになった。

研究成果

• [雑誌論文] Transcriptional regulation in wood formation. (2007)
  • 著者名/発表者名: Demura, T., Fukuda, H.
  • 雑誌名: Trends in Plant Sci. 12 ページ: 64-70
• [雑誌論文] Co-regulation of brassinosteroid biosynthesis-related genes during xylem cell differentiation. (2007)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto R., Fujioka S., Iwamoto, K., Demura, T., Takatsuto, S., Yoshida, S., Fukuda, H.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 48 ページ: 74-83
  • NAID: 10018520273
• [雑誌論文] Isolation and characterization of a novel peroxidase gene ZPO-C of which expression and function are closely associated with lignification during tracheary element differentiation. (2006)
  • 著者名/発表者名: Sato, Y., Demura, T., Sugiyama M., Fukuda, H.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 47 ページ: 493-503
• [雑誌論文] Gene expression profiling using cDNA microarray analysis of the sexual reproduction stage of the unicellular charophycean alga Closterium peracerosum-strigosum-littorale complex. (2006)
  • 著者名/発表者名: Sekimoto, H., Tanabe, Y., Tsuchikane, Y., Shirosaki, H., Fukuda, H., Demura, T., Ito, M.
  • 雑誌名: Plant Physiol. 141 ページ: 271-279
• [雑誌論文] A novel R2R3 MYB transcription factor NtMYBJS1 is a methyl jasmonate-dependent regulator of phenylpropanoid-conjugate biosynthesis in tobacco. (2006)
  • 著者名/発表者名: Galis, I., Simek, P., Narisawa, T., Sasaki, M., Horiguchi, T., Fukuda, H., Matsuoka, K.
  • 雑誌名: Plant J. 46 ページ: 573-592
• [雑誌論文] Fluorescence cross-correlation analyses of molecular interaction between an Aux/IAA protein, MSG2/IAA19, and protein-protein interaction domains of auxin response factors of Arabidopsis expressed in HeLa cells. (2006)
  • 著者名/発表者名: Muto, H., Nagao, I., Demura, T., Fukuda, H., Kinjo, M., Yamamoto, K.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 47 ページ: 1095-1101
  • NAID: 10018062296
• [雑誌論文] Dodeca-CLE peptides as suppressors of plant stem cell. (2006)
  • 著者名/発表者名: Ito, Y., Nakanomyo, I., Motose, H., Iwamoto, K., Sawa, S., Dohmae, N., Fukuda, H.
  • 雑誌名: Science 313 ページ: 842-845
• [雑誌論文] A plant peptide encoded by CLV3 identified by in situ MALDI TOF-MS analysis. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kondo, T., Sawa, S., Kinoshita, A., Mizuno, S., Kakimoto, T., Fukuda, H., Sakagami, Y.
  • 雑誌名: Science 313 ページ: 845-848
• [雑誌論文] Higher extracellular pH suppresses tracheary element differentiation by affecting auxin uptake. (2006)
  • 著者名/発表者名: Shinohara, N., Sugiyama, M., Fukuda, H.
  • 雑誌名: Planta 224 ページ: 394-404
• [雑誌論文] Gene trapping in Arabidopsis reveals genes involved in vascular development. (2006)
  • 著者名/発表者名: Nagawa, S., Sawa S., Sato, S., Kato, T., Tabata, S., Fukuda, H.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 47 ページ: 1394-1405
  • NAID: 10018331543
• [雑誌論文] Vascular expression patterns of Arabidopsis bZIP group I genes. (2006)
  • 著者名/発表者名: Pyo, H., Demura, T., Fukuda, H.
  • 雑誌名: Plant Biotech. 23 ページ: 497-501
• [雑誌論文] CLV3/ESR-related (CLE) peptides as intercellular signaling molecule in plants. (2006)
  • 著者名/発表者名: Sawa, S., Kinoshita, A., Nakanomyo, I., Fukuda, H.
  • 雑誌名: The Chemical Record 6 ページ: 303-310
• [雑誌論文] Membrane-anchored prolyl hydroxylase with an export signal from the endoplasmic reticulum. (2005)
  • 著者名/発表者名: Yuasa, K.
  • 雑誌名: Plant J. 41 ページ: 81-94
• [雑誌論文] VAN3 ARF-GAP-mediated vesicle transport is involved in leaf vascular network formation. (2005)
  • 著者名/発表者名: Koizumi, K.
  • 雑誌名: Development 132 ページ: 1699-1711
• [雑誌論文] The ATE genes are responsible for the repression of the transdifferentiation into xylem cells in Arabidopsis. (2005)
  • 著者名/発表者名: Sawa, S.
  • 雑誌名: Plant Physiol. 137 ページ: 141-148
• [雑誌論文] TONSOKU is expressed in S phase of the cell cycle and its defect delays cell cycle progression in Arabidopsis. (2005)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, T.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 46 ページ: 736-742
• [雑誌論文] cDNA microarray analysis of gene expression changes during pollination, pollen-tube elongation, fertilization, and early embryogenesis in rice pistils, Sex. (2005)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, K.T.
  • 雑誌名: Sex.Plant Rep. 17 ページ: 269-275
• [雑誌論文] Analysis of Expressed Sequence Tags in Prothallia of Adiantum capillus-veneris. (2005)
  • 著者名/発表者名: Yamauchi, D.
  • 雑誌名: J.Plant Res. 118 ページ: 223-227
• [雑誌論文] DRP1A is responsible for vascular continuity synergistically working with VAN3 in Arabidopsis. (2005)
  • 著者名/発表者名: Sawa, S.
  • 雑誌名: Plant Physiol. 138 ページ: 819-826
• [雑誌論文] Transcriptional switches for protoxylem and metaxylem vessel formation. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kubo, M.
  • 雑誌名: Genes Dev. 19 ページ: 1855-1860
• [雑誌論文] Class III homeodomain leucine-zipper proteins regulate xylem cell differentiation. (2005)
  • 著者名/発表者名: Ohashi-Ito, K.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 46 ページ: 1646-1656
• [雑誌論文] Changes in redox state of glutathione regulates differentiation of tracheary elements in Zinnia cells and Arabidopsis roots. (2005)
  • 著者名/発表者名: Henmi, K.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 46 ページ: 1757-1765
• [雑誌論文] Inhibition of transdifferentiation into tracheary elements by polar auxin transport inhibitors through the intracellular auxin depletion. (2005)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, S.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 46 ページ: 2019-2028
• [雑誌論文] Experimental determination of proline hydroxylation and hydroxyproline arabinogalactosylation motifs in secretory proteins. (2005)
  • 著者名/発表者名: Shimizu, M.
  • 雑誌名: Plant J. 42 ページ: 877-889
• [雑誌論文] Involvement of extracellular dilignols in lignification during tracheary element differentiation of isolated Zinnia mesophyll cells. (2005)
  • 著者名/発表者名: Tokunaga, N., Sakakibara, N., Umezawa, T., Ito, Y., Fukuda, H., Sato, Y.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 46 ページ: 224-232
  • NAID: 80017181359
• [雑誌論文] Membrane-anchored prolyl hydroxylase with an export signal from the endoplasmic reticulum. (2005)
  • 著者名/発表者名: Yuasa, K., Toyooka, K., Fukuda, H., Matsuoka, K.
  • 雑誌名: Plant J. 41 ページ: 81-94
• [雑誌論文] The ATE genes are responsible for the repression of the trans-differentiation into xylem cells in Arabidopsis. (2005)
  • 著者名/発表者名: Sawa, S., Demura, T., Horiguchi, G., Kubo, M., Fukuda, H.
  • 雑誌名: Plant Physiol. 137 ページ: 141-148
• [雑誌論文] VAN3 ARF-GAP-mediated vesicle transport is involved in leaf vascular network formation. (2005)
  • 著者名/発表者名: Koizumi, K., Naramoto, S., Sawa, S., Yahara, N., Ueda, T., Nakano, A., Sugiyama, M., Fukuda, H.
  • 雑誌名: Development (In press)
• [雑誌論文] Immunocytochemical localization of polygalacturonase during tracheary element differentiation in Zinnia elegans. (2004)
  • 著者名/発表者名: Nakashima, J., Endo, S., Fukuda, H.
  • 雑誌名: Planta 218 ページ: 729-739
• [雑誌論文] Expression of photosynthesis-related genes and their regulation by light during somatic embryogenesis in Daucus carota. (2004)
  • 著者名/発表者名: Nara-Sato, K., Demura, T., Fukuda, H.
  • 雑誌名: Planta 219 ページ: 23-31
• [雑誌論文] Over-expression of a novel small peptide ROTUNDIFOLIA4 decreases cell proliferation and alters leaf shape in Arabidopsis. (2004)
  • 著者名/発表者名: Narita, N.N., Moore, S., Horiguchi, G., Kubo, M., Demura, T., Fukuda, H., Goodrich, J., Tsukaya, H.
  • 雑誌名: Plant J. 38 ページ: 699-713
• [雑誌論文] A proteoglycan mediates inductive interaction during plant vascular development. (2004)
  • 著者名/発表者名: Motose, H., Sugiyama, M., Fukuda, H.
  • 雑誌名: Nature 429 ページ: 873-878
• [雑誌論文] Signals that govern plant vascular cell differentiation. (2004)
  • 著者名/発表者名: Fukuda, H.
  • 雑誌名: Nature Rev.Mol.Cell Biol. 5 ページ: 379-391
• [雑誌論文] A new endopeptidase activity induced in the last stage of tracheary element differentiation of Zinnia cells. (2004)
  • 著者名/発表者名: Minami, A., Fukuda, H.
  • 雑誌名: Plant Biotech. 21 ページ: 47-52
  • NAID: 130000064323
• [雑誌論文] Establishment of a new Zinnia experimental system including separation of the distinct cell population with flow cytometry ant its culture. (2004)
  • 著者名/発表者名: Ito, Y., Ino, R, Yoshida, S., Fukuda, H.
  • 雑誌名: Plant Biotech. 21 ページ: 103-108
• [雑誌論文] Transfer of phenylpropanoids via the medium between xylem cells in Zinnia xylogenic culture. (2004)
  • 著者名/発表者名: Ito, Y., Tokunaga, N., Sato, Y., Fukuda, H.
  • 雑誌名: Plant Biotech. 21 ページ: 205-213
  • NAID: 10013522797
• [雑誌論文] Spatial and temporal tracing of vessel differentiation in young Arabidopsis seedlings by the expression of an immature tracheary element-specific promoter. (2004)
  • 著者名/発表者名: Pyo, H., Demura, T., Fukuda, H.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 45 ページ: 1529-1536
  • NAID: 10013774790
• [雑誌論文] A comprehensive gene expression analysis toward the understanding of growth and differentiation of tobacco BY-2 cells. (2004)
  • 著者名/発表者名: Matsuoka, K., Demura, D., Galis, I., Horiguchi, T., Sasaki, M., Tashiro, G., Fukuda, H.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 45 ページ: 1280-1289
  • NAID: 10013734871
• [雑誌論文] Identification and molecular characterization of novel anther-specific genes in Diyza sativa, L.by using cDNA microarray. (2004)
  • 著者名/発表者名: Endo, M., Tsuchiya, T., Saito, H., Matsubara, H., Hakozaki, H., Masuko, H., Kamada, M., Higashitani, A., Takahashi, H., Fukuda, H., Demura, T., Watanabe, M.
  • 雑誌名: Genes Genet.Syst. 79 ページ: 213-226
• [雑誌論文] 維管束形成を制御するシグナル分子 (2004)
  • 著者名/発表者名: 本瀬宏康, 福田裕穂
  • 雑誌名: 植物の生長調節 39 ページ: 50-57
• [図書] Glycosylphosphatidylinositol-anchored proteins in plants. In Frontiers in Life Sciences, 2006 (ed. M. Fujiwara, N Sato, and S. Ishiura) (2006)
  • 著者名/発表者名: Motose, H., Watanabe, Y., Fukuda, H.
  • 出版者: Research Signpost
• [図書] Vascular cell differentiation. In Cell Separation and Adhesion, (eds. J. Roberts and Z. Gonzalez-Carranza) (2006)
  • 著者名/発表者名: Kuriyama, H., Fukuda, H.
  • 出版者: Blackwell Publishing
• [文献書誌] Ito-Ohashi, K., Fukuda, H.: "HD-Zip III homeobox genes that include a novel member, ZeHB-13(Zinnia)/ATH 15 (Arabidopsis), are involved in procambium and xylem cell differentiation"Plant Cell Physiol.. 44. 1350-1358 (2003)
• [文献書誌] Nakashima, J., Endo, S., Fukuda, H.: "Immunocytochemical localization of polygalacturonase during tracheary element differentiation in Zinnia elegans"Planta. (in press). (2004)
• [文献書誌] Nara-Sato, K., Demura, T., Fukuda, H.: "Expression of photosynthesis-related genes and their regulation by light during somatic embryogenesis in Daucuscarota"Planta. (in press). (2004)
• [文献書誌] Minami, A., Fukuda, H.: "Trypsin-like endopeptidase activity is induced in the last stage of trache element differentiation of Zinnia cells"Plant Biotech.. (in press). (2004)
• [文献書誌] Narita, N.N., Moore, S., Horiguchi, G., Kubo, M., Demura, T., Fukuda, H., Goodrich, J., Tsukaya, H.: "Over-expression of a novel small peptide ROTUNDIFOLIA4 decreases cell proliferation and alters leaf shape in Arabidopsis"Plant J.. (in press). (2004)
• [文献書誌] Obara, K., Fukuda, H.: "What Plant Cell Die(J.Gray ed.)"Sheffield Academic Press, UK. 287 (2003)
• [文献書誌] Ito, J., Fukuda, H.: "ZEN1 is a key enzyme in degradation of nuclear DNA during programmed cell death of tracery elements"Plant Cell. 14. 3201-3211 (2002)
• [文献書誌] Demura, T., Tashiro, G.Horiguchi, G., Kishimoto, N., Kubo, M., Matsuoka, N., Minami, A., Nagata-Hiwatashi, M., Nakamura, K., Okamura, Y., Sassa, N., Suzuki, S., Yazaki, J., Kikuchi, S., Fukuda, H.: "Visualization by comprehensive microarray analysis of gene expression programs during transdifferentition of mesophyll cells into xylem cells"Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 99. 15794-15799 (2002)
• [文献書誌] Kuriyama, H., Fukuda, H.: "Developmental Programmed Cell Death in Plants"Curr Opin Plant Biol.. 5. 568-573 (2002)
• [文献書誌] Ito-Ohashi, K., Demura, T., Fukuda, H.: "Promotion of transcript accumulation of novel Zinnia immature xylem-specific HD-Zip III homeobox genes by brassinosteroids"Plant Cell Physiol. 43. 1146-1153 (2002)
• [文献書誌] Nakanomyo, I., Kost, B., Chua, N.-H., Fukuda, H.: "Preferential and asymmetrical accumulation of a Rac small GTPase mRNA in differentiating xylem cells of Zinnia elegans"Plant Cell Physiol.. (in press). (2002)
• [文献書誌] Shinohara, N., Fukuda, H.: "Isolation of monoclonal antibodies recognizing rare and dominant epitopes in plant vascular cell walls by phage display subtraction"J. Immunological Methods. 264. 187-194 (2002)
• [文献書誌] Endo, M., Matsubara, H., Kokubun, T., Masuko, H., Takahata, Y., Tsuchiya, T., Fukuda, H., Demura, T., Watanabe, M.: "The advantages of cDNA microarray as an effective tool for identification of reproductive organ-specific genes in a model legume, Lotus japonicus"FEBS Lett.. 514. 229-237 (2002)
• [文献書誌] Ohdaira, Y., Kakegawa K., Amino, S., Sugiyama, M., Fukuda, H.: "Activity of cell-wall autolysis associated with differentiation of isolated mesophyll cells of Zinnia elegans into tracheary elements"Planta. 215. 177-184 (2002)
• [文献書誌] Nishitani, C., Demura, T., Fukuda, H.: "Analysis of the early stages of wound vascular differentiation processes using two molecular marker genes, TED3 and ZeHB3"Plant Cell Physiol.. 43. 79-90 (2002)
• [文献書誌] 福田裕穂, 出村拓, 松岡 健: "高等植物の形態形成メカニズムの解明を目指して"日本農芸化学会誌. 74(1). 42-44 (2002)
• [文献書誌] 福田裕穂: "液胞による細胞死の演出"遺伝別刷、細胞のミクロコスモス-進化とゲノムからその素顔に迫る-. 14. 87-95 (2002)
• [文献書誌] 福田裕穂: "維管束システムの構築"タンパク質核酸酵素増刊、植物の形づくり-遺伝子からみた分子メカニズム. 47(12). 1593-1598 (2002)