長時間イメージングによる植物の根冠細胞層の空間的な分化制御機構の解析

• 研究課題/領域番号: 17K15140
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 植物分子・生理科学
• 研究機関: 奈良先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 郷 達明 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (80511419)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 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: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円); 2017年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 根冠 / 細胞内膜輸送 / タイムラプスイメージング / シロイヌナズナ / タイムラプス観察 / 細胞分化 / 植物 / 発生・分化 / 根

研究成果の概要

シロイヌナズナの根冠は、数層の細胞層から構成されており、位置に応じて異なる機能を担う。根冠の分化や成熟過程のタイムラプス観察を行った結果、重力感受細胞として機能していた中間層が最外層に押し出されるのに伴い、アミロプラストの縮小や細胞の液胞化が進行するという細胞内構造の劇的な変化を見出した。さらに，細胞内膜輸送の制御因子の機能抑制により，細胞内構造変化が抑制され，根冠の成熟と剥離に影響することが示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

これまでに分子遺伝学的解析から根冠の分化や機能を制御する変異体や遺伝子が明らかにされてきたが，根冠の細胞層がどのようにして多様な機能を発揮しているのかは未解明なままであった。本研究において，長時間の連続観察から，根冠の細胞層が位置に応じて，構造と機能を大きく転換していることが明らかになった。このことは根冠機能の発現メカニズムについての理解を深めることに大きく貢献した。

研究成果

• [雑誌論文] Lateral inhibition by a peptide hormone-receptor cascade during Arabidopsis lateral root founder cell formation. (2019)
  • 著者名/発表者名: Toyokura K, Goh T, Shinohara H, Shinoda A, Kondo Y, Okamoto Y, Uehara T, Fujimoto K, Okushima Y, Ikeyama Y, Nakajima K, Mimura T, Tasaka M, Matsubayashi Y and Fukaki H.
  • 雑誌名: Developmental Cell 巻: 48 号: 1 ページ: 64-75
  • DOI: 10.1016/j.devcel.2018.11.031
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Root branching toward water involves posttranslational modification of transcription factor ARF7 (2018)
  • 著者名/発表者名: Orosa-Puente B、Leftley N、von Wangenheim D、Banda J、Srivastava AK.、Hill K、Truskina J、Bhosale R、Morris E、Srivastava M、Kmpers B、Goh T、Fukaki H、Vermeer JEM.、Vernoux T、Dinneny JR.、French AP.、Bishopp A、Sadanandom A、Bennett MJ.
  • 雑誌名: Science 巻: 362 号: 6421 ページ: 1407-1410
  • DOI: 10.1126/science.aau3956
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Long-term live-cell imaging approaches to study lateral root formation in Arabidopsis thaliana (2018)
  • 著者名/発表者名: Goh Tatsuaki
  • 雑誌名: Microscopy 巻: 68 号: 1 ページ: 4-12
  • DOI: 10.1093/jmicro/dfy135
  • 査読あり
• [雑誌論文] Distinct sets of tethering complexes, SNARE complexes, and Rab GTPases mediate membrane fusion at the vacuole in Arabidopsis (2018)
  • 著者名/発表者名: Takemoto Kodai、Ebine Kazuo、Askani Jana Christin、Kruger Falco、Gonzalez Zaida Andres、Ito Emi、Goh Tatsuaki、Schumacher Karin、Nakano Akihiko、Ueda Takashi
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci USA. 巻: 115 号: 10
  • DOI: 10.1073/pnas.1717839115
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Shaping 3D Root System Architecture (2017)
  • 著者名/発表者名: Morris Emily C.、Griffiths Marcus、Golebiowska Agata、Mairhofer Stefan、Burr-Hersey Jasmine、Goh Tatsuaki、von Wangenheim Daniel、Atkinson Brian、Sturrock Craig J.、Lynch Jonathan P.、Vissenberg Kris、Ritz Karl、Wells Darren M.、Mooney Sacha J.、Bennett Malcolm J.
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 27 号: 17 ページ: R919-R930
  • DOI: 10.1016/j.cub.2017.06.043
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] シロイヌナズナ根冠細胞の剥離過程における周期的な細胞挙動の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 郷達明，上野皓輝，宮島俊介，中島敬二
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Unravelling temporally coordinated cell divisions in the Arabidopsis root meristem by a motion-tracking microscope system (2019)
  • 著者名/発表者名: Katsutoshi Imizu，Shunsuke Miyashima，Tatsuaki Goh，Keiji Nakajima
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 根冠細胞の分化過程における細胞内膜輸送経路の役割 (2018)
  • 著者名/発表者名: 郷達明, 小堤彩水, 小園紗希, 金錘明, 遠藤高帆, 宮島俊介, 中島敬二
  • 学会等名: 日本植物学会第82回大会
• [学会発表] シロイヌナズナRKD4による初期胚発生制御機構の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡部貴史, 金錘明, 遠藤高帆, 郷達明, 中島 敬二
  • 学会等名: 日本植物学会第82回大会
• [学会発表] 長時間連続観察による根冠細胞の剥離様式の解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 郷達明，宮島俊介，上野皓輝，中島敬二
  • 学会等名: 日本植物学会第81回大会
• [学会発表] Mechanisms of root cap maturation and cell detachment in Arabidopsis (2017)
  • 著者名/発表者名: Goh T, Ueno K, Kamiya M, Miyashima S, Nakajima K
  • 学会等名: Bilateral Closure Symposium of GDRI Integrative Plant Biology Network Program
  • 国際学会
• [学会発表] 長時間連続観察によるシロイヌナズナ根冠細胞の周期的な剥離様式の解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 郷達明，上野皓輝，宮島俊介，中島敬二
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会