根毛細胞の可塑的な伸長成長を支える転写制御ネットワークの解明

• 研究課題/領域番号: 16J07464
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 植物分子・生理科学
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 柴田 美智太郎 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, 特別研究員(PD) (20734817)
• 研究期間 (年度): 2016-04-22 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2016年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 転写制御ネットワーク / 根毛 / 環境応答 / 転写因子 / 遺伝子制御ネットワーク

研究実績の概要

根毛は、植物の根の表面にある毛のような組織である。根の表面積を大きくすることで、土壌からの水や栄養素の効率的な吸収に寄与する。根毛の長さは植物の生育する環境に応答し、一般に栄養が豊富な環境では根毛の成長が抑制され、逆に栄養が不足している環境下は根毛の成長が促進される。すなわち、植物は自身の置かれた環境に対して適切な長さを調節していると考えられる。一方で、その分子機構の多くは未解明である。本研究では、その根毛の柔軟な成長制御機構を転写制御という観点から明らかにするために、転写因子による根毛の成長制御機構の解明を行ってきた。
本研究の初年度では、根毛の成長を制御する転写因子のスクリーニングを実施し、未解明の転写因子-遺伝子の制御関係を多数見出した。そして二年目では、GTL1というトリヘリックス型の転写因子に着目した解析を行い、GTL1がRSL4という転写因子の発現を抑制することで根毛の成長を負に制御することを明らかとした (Shibata et al., 2018)。最終年度となる3年目では、初年度に行ったスクリーニングのさらなる検証を進め、根毛のリン酸飢餓応答に重要な役割を担う転写因子を同定したほか、様々な環境シグナルを統合する役割を担う転写因子を発見した。これらの転写因子はまさしく本研究で同定を目指す環境シグナルに応答し根毛の成長を制御する転写因子であり、本研究計画が期待通り進行したことを示している。さらに３年間の集大成として、自分自身の研究成果だけでなく根毛の成長制御に関わる転写因子および転写制御について網羅したレビューを書き上げて発表した（Shibata & Sugimoto, 2019）。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] UC Davis/NC State University(米国)
• [国際共同研究] UC Davis/North Calorina/Duke(米国)
• [国際共同研究] カリフォルニア大学デイビス校(米国)
• [雑誌論文] A gene regulatory network for root hair development (2019)
  • 著者名/発表者名: Michitaro Shibata, Keiko Sugimoto
  • 雑誌名: Journal of Plant Research 巻: 132 号: 3 ページ: 301-309
  • DOI: 10.1007/s10265-019-01100-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Toward a multifaceted understanding of plants’ adaptation mechanisms (2019)
  • 著者名/発表者名: Michitaro Shibata, Junro Mogami
  • 雑誌名: Journal of Plant Research 巻: 132 号: 3 ページ: 299-299
  • DOI: 10.1007/s10265-019-01101-1
• [雑誌論文] A Gene Regulatory Network for Cellular Reprogramming in Plant Regeneration (2018)
  • 著者名/発表者名: Ikeuchi M, Shibata M, Rymen B, Iwase A, Bagman AM, Watt L, Coleman D, Favero DS, Takahashi T, Ahnert SE, Brady SM, Sugimoto K
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 59 号: 4 ページ: 770-782
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy013
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] GTL1 and DF1 regulate root hair growth through transcriptional repression of ROOT HAIR DEFECTIVE 6-LIKE 4 in Arabidopsis (2018)
  • 著者名/発表者名: Shibata Michitaro、Breuer Christian、Kawamura Ayako、Clark Natalie M.、Rymen Bart、Braidwood Luke、Morohashi Kengo、Busch Wolfgang、Benfey Philip N.、Sozzani Rosangela、Sugimoto Keiko
  • 雑誌名: Development 巻: 145 号: 3 ページ: 159707-159707
  • DOI: 10.1242/dev.159707
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Molecular networks orchestrating plant cell growth. (2017)
  • 著者名/発表者名: Franciosini, A., Rymen, B., Shibata, M., Favero, D.S., and Sugimoto, K.
  • 雑誌名: Current opinion in plant biology 巻: 35 ページ: 98-104
  • DOI: 10.1016/j.pbi.2016.11.010
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] ABA Suppresses Root Hair Growth via the OBP4 Transcriptional Regulator. (2017)
  • 著者名/発表者名: Rymen, B., Kawamura, A., Schafer, S., Breuer, C., Iwase, A., Shibata, M., Ikeda, M., Mitsuda, N., Koncz, C., Ohme-Takagi, M., Matsui, M., and Sugimoto, K.
  • 雑誌名: Plant physiology 巻: 173 号: 3 ページ: 1750-1762
  • DOI: 10.1104/pp.16.01945
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] A transcriptional cascade of root hair development in response to environmental signals (2019)
  • 著者名/発表者名: Michitaro Shibata, Ayako Kawamura, Keiko Sugimoto
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会
• [学会発表] FINE TUNING OF ROOT HAIR GROWTH BY A TRANSCRIPTIONAL REGULATORY NETWORK (2018)
  • 著者名/発表者名: Michitaro Shibata, Christian Breuer, Ayako Kawamura, Bart Rymen, Lewis Watt, Natalie M. Clark Luke Braidwood, Rosangela Sozzani, Philip N. Benfey, Keiko Sugimoto
  • 学会等名: International Conference on Arabidopsis Research (ICAR)
  • 国際学会
• [学会発表] Physiological functions of the regulation of root hair growth by a transcription factor GTL1 (2018)
  • 著者名/発表者名: Michitaro Shibata, Ayako Kawamura, Keiko Sugimoto
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Two transcription factors govern root hair growth in Arabidopsis (2017)
  • 著者名/発表者名: Shibata M., Breuer C., Kawamura A., Rymen B., Watt L., Clark NM., Braidwood L., Sozzani R., Benfey PN., Sugimoto K.
  • 学会等名: 植物生理学会
  • 発表場所: 鹿児島大学
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] The regulatory mechanisms for root hair growth of Arabidopsis by two transcription factors, GTL1 and RSL4 (2017)
  • 著者名/発表者名: Michitaro Shibata, Christian Breuer, Ayako Kawamura, Bart Rymen, Lewis Watt, Natalie M. Clark, Luke Braidwood, Rosangela Sozzani, Siobhan M. Brady, Philip N. Benfey, Keiko Sugimoto
  • 学会等名: International Symposium on Imaging Frontier 2017
  • 国際学会
• [学会発表] A trihelix transcription factor GTL1 regulates root hair growth through transcriptional repression of RSL4 (2017)
  • 著者名/発表者名: Michitaro Shibata, Christian Breuer, Ayako Kawamura, Bart Rymen, Lewis Watt, Natalie M. Clark, Luke Braidwood, Rosangela Sozzani, Siobhan M. Brady, Philip N. Benfey, Keiko Sugimoto
  • 学会等名: FASEB -Mechanisms in Plant Development
  • 国際学会
• [学会発表] The gene regulatory network of root hair development (2017)
  • 著者名/発表者名: Michitaro Shibata, Christian Breuer, Ayako Kawamura, Bart Rymen, Lewis Watt, Natalie M. Clark, Luke Braidwood, Rosangela Sozzani, Siobhan M. Brady, Philip N. Benfey, Keiko Sugimoto
  • 学会等名: 日本植物学会第81回大会 国際シンポジウム
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A trihelix transcription factor GTL1 is the negative regulator for root hair growth (2017)
  • 著者名/発表者名: Michitaro Shibata, Christian Breuer, Ayako Kawamura, Bart Rymen, Lewis Watt, Natalie M. Clark, Luke Braidwood, Rosangela Sozzani, Siobhan M. Brady, Philip N. Benfey, Keiko Sugimoto
  • 学会等名: Taiwan-Japan Plant Biology 2017
  • 国際学会
• [学会発表] GTL1, a Trihelix Transcription Factor, is a Novel Repressor of Root Hair Growth in Arabidopsis thaliana (2017)
  • 著者名/発表者名: Michitaro Shibata, Christian Breuer, Ayako Kawamura, Bart Rymen, Lewis Watt, Natalie M. Clark, Luke Braidwood, Rosangela Sozzani, Siobhan M. Brady, Philip N. Benfey, Keiko Sugimoto
  • 学会等名: Marchantia Workshop 2017
  • 国際学会
• [学会発表] The analysis of gene regulatory networks in Arabidopsis based on yeast one-hybrid screening (2017)
  • 著者名/発表者名: Shibata M.
  • 学会等名: The 3rd CSRS-ITbM Joint Workshop
  • 発表場所: 名古屋大学
• [学会発表] A trihelix transcription factor GTL1 regulates root hair development in Arabidopsis (2016)
  • 著者名/発表者名: Michitaro Shibata, Christian Breuer, Ayako Kawamura, Bart Rymen, Lewis Watt, Natalie M. Clark, Luke Braidwood, Rosangela Sozzani, Philip N. Benfey, Keiko Sugimoto
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Asia Conference
  • 発表場所: Awaji Yumebutai International Conference Centre
  • 年月日: 2016-11-29
  • 国際学会
• [学会発表] Yeast one-hybrid screening for cellular reprograming (2016)
  • 著者名/発表者名: 柴田美智太郎
  • 学会等名: 新学術領域研究「環境記憶統合」第2回若手の会
  • 発表場所: 熱海・KKRホテル熱海
  • 年月日: 2016-10-12
• [学会発表] Root hair development of Arabidopsis in response to environmental demands (2016)
  • 著者名/発表者名: Shibata M.
  • 学会等名: UC Davis Postdoctoral Research Symposium
  • 発表場所: UC Davis California USA
  • 国際学会
• [備考] 細胞機能研究チームのホームページ
  • URL: http://cellfunction.riken.jp/
• [備考] 細胞機能研究チームのホームページ
  • URL: http://cellfunction.riken.jp/index.html
• [備考] 理化学研究所プレスリリース
  • URL: http://www.riken.jp/pr/press/2018/20180214_2/
• [備考] 理化学研究所プレスリリース
  • URL: http://www.riken.jp/pr/press/2018/20180215_1/
• [備考] 理化学研究所 Cell Function Research Teamのホームページ
  • URL: http://cellfunction.riken.jp/