植物器官形成の開始位置を決める局所的オーキシン蓄積の確立機構

• 研究課題/領域番号: 18H02463
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分44030:植物分子および生理科学関連
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 深城 英弘 神戸大学, 理学研究科, 教授 (80324979)
• 研究分担者: 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): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円); 2020年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2019年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2018年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
• キーワード: 器官形成 / 側根形成 / オーキシン / 細胞内膜輸送 / シロイヌナズナ / 器官発生

研究成果の概要

本研究は、植物器官形成の開始位置を決定する局所的なオーキシン蓄積の確立機構を解明することを目的として、側根形成の開始頻度が顕著に低下するシロイヌナズナfewer roots（fwr）変異体の原因遺伝子である低分子量ADP-ribosylation factor (Arf) GTPaseのグアニンヌクレオチド交換因子（Arf GEF）をコードするGNOMに注目し、fwr変異体とfwrの側根形成能を回復させるfspサプレッサー変異体を用いた生理学的・発生学的解析を行った。その結果、側根形成開始におけるGNOMを介した局所的オーキシン蓄積の確立機構の一部を明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

植物器官の形成開始を決定する局所的なオーキシン蓄積の確立機構を理解することは、植物生理学・発生学分野の進展に大きく貢献することが期待される。本研究は、その機構に関わる新たな細胞内膜輸送系を明らかにする点でインパクトがあるとともに、器官の形成開始位置を調節して農作物・園芸品種の器官形成パターンを改良する技術につながる点においても創造性がある。

研究成果

• [雑誌論文] Tissue growth constrains root organ outlines into an isometrically scalable shape (2021)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara Motohiro、Goh Tatsuaki、Tsugawa Satoru、Nakajima Keiji、Fukaki Hidehiro、Fujimoto Koichi
  • 雑誌名: Development 巻: 148 号: 4 ページ: 196253-196253
  • DOI: 10.1242/dev.196253
  • NAID: 120007028967
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Root-knot nematodes induce gall formation by recruiting developmental pathways of post-embryonic organogenesis and regeneration to promote pluripotency (2020)
  • 著者名/発表者名: Olmo, R., Cabrera, J., Diaz-Manzano, F., Ruiz-Ferrer, V., Barcala, M., Ishida, T., Garcia A., Andres, M., Lara, S.R., Verdugo, I., Ochoa, M., Fukaki, H., del Pozo, J. C., Moreno-Risueno, M., Kyndt, T., Gheysen L., Fenoll, C., Sawa, S., and Escobar, C.
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 227 号: 1 ページ: 210-215
  • DOI: 10.1111/nph.16521
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Blue Light Regulates Phosphate Deficiency-Dependent Primary Root Growth Inhibition in Arabidopsis (2020)
  • 著者名/発表者名: Yeh Chuan-Ming, Kobayashi Koichi, Fujii Sho, Fukaki Hidehiro, Mitsuda Nobutaka, Ohme-Takagi Masaru
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 10 ページ: 1803-1803
  • DOI: 10.3389/fpls.2019.01803
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Peptide-Receptor Signaling Controls Lateral Root Development (2020)
  • 著者名/発表者名: Jourquin J, Fukaki H, Beeckman T.
  • 雑誌名: Plant Physiol. 巻: 182 号: 4 ページ: 1645-1656
  • DOI: 10.1104/pp.19.01317
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 根が分岐する間隔を調節する低分子分泌ペプチド (2020)
  • 著者名/発表者名: 豊倉 浩一, 郷 達明, 深城 英弘
  • 雑誌名: 化学と生物 巻: 58 ページ: 322-324
  • 査読あり
• [雑誌論文] Editorial: Root Branching: From Lateral Root Primordium Initiation and Morphogenesis to Function (2019)
  • 著者名/発表者名: Dubrovsky JG, Fukaki H, Laplaze L, Laskowski M.
  • 雑誌名: Front Plant Sci. 巻: 10 ページ: 1462-1462
  • DOI: 10.3389/fpls.2019.01462
  • NAID: 120006823992
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cytoskeleton Dynamics Are Necessary for Early Events of Lateral Root Initiation in Arabidopsis (2019)
  • 著者名/発表者名: Vilches Barro A, Stockle D, Thellmann M, Ruiz-Duarte P, Bald L, Louveaux M, von Born P, Denninger P, Goh T, Fukaki H, Vermeer JEM, Maizel A.
  • 雑誌名: Curr Biol. 巻: 29 号: 15 ページ: 2443-2454
  • DOI: 10.1016/j.cub.2019.06.039
  • NAID: 120006823993
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Lateral root initiation requires the sequential induction of transcription factors LBD16 and PUCHI in Arabidopsis thaliana (2019)
  • 著者名/発表者名: Goh Tatsuaki、Toyokura Koichi、Yamaguchi Nobutoshi、Okamoto Yoshie、Uehara Takeo、Kaneko Shutaro、Takebayashi Yumiko、Kasahara Hiroyuki、Ikeyama Yoshifumi、Okushima Yoko、Nakajima Keiji、Mimura Tetsuro、Tasaka Masao、Fukaki Hidehiro
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 224 号: 2 ページ: 749-760
  • DOI: 10.1111/nph.16065
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Reactive oxygen species and reactive carbonyl species constitute a feed‐forward loop in auxin signaling for lateral root formation (2019)
  • 著者名/発表者名: Biswas Md. Sanaullah、Fukaki Hidehiro、Mori Izumi C.、Nakahara Kazuha、Mano Jun'ichi
  • 雑誌名: The Plant Journal 巻: 100 号: 3 ページ: 536-548
  • DOI: 10.1111/tpj.14456
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] PUCHI regulates very long chain fatty acid biosynthesis during lateral root and callus formation (2019)
  • 著者名/発表者名: Trinh DC, Lavenus J, Goh T, Boutte Y, Drogue Q, Vaissayre V, Tellier F, Lucas M, Voss U, Gantet P, Faure JD, Dussert S, Fukaki H, Bennett MJ, Laplaze L, Guyomarc'h S.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 巻: 116 号: 28 ページ: 14325-14330
  • DOI: 10.1073/pnas.1906300116
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mitochondrial Pyruvate Dehydrogenase Contributes to Auxin-Regulated Organ Development (2019)
  • 著者名/発表者名: Ohbayashi I, Huang S, Fukaki H, Song X, Sun S, Morita MT, Tasaka M, Millar AH, Furutani M.
  • 雑誌名: Plant Physiol. 巻: 180 号: 2 ページ: 896-909
  • DOI: 10.1104/pp.18.01460
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 側根形成の制御機構に関する研究の新展開 (2019)
  • 著者名/発表者名: 深城英弘, 豊倉浩一, 郷 達明
  • 雑誌名: 植物の生長調節 巻: 54 ページ: 129-136
  • NAID: 130008060490
  • 査読あり
• [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] Jasmonic acid inhibits auxin-induced lateral rooting independently of the CORONATINE INSENSITIVE 1 receptor (2018)
  • 著者名/発表者名: Ishimaru Yasuhiro、Hayashi Ken-ichiro、Suzuki Takeshi、Fukaki Hidehiro、Prusinska Justyna、Meesters Christian、Quareshy Mussa、Egoshi Yuusuke、Matsuura Hideyuki、Takahashi Kosaku、Kato Nobuki、Kombrink Erich、Napier Richard M.、Hayashi Kengo、Ueda Minoru
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 177 号: 4 ページ: 1704-1716
  • DOI: 10.1104/pp.18.00357
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 側根形成能が顕著に低下するシロイヌナズナの変異体 fewer roots (fwr) のサプレッサー変異体 fewer roots suppressor 1 (fsp1)の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 後藤千恵子，池上聡，郷達明，笠原博幸，近藤侑貴，石崎公庸，三村徹郎，深城英弘
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 発光レポーター遺伝子を用いた側根プレパターニング変異体の単離と解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小笹綾香，後藤千恵子，郷達明，近藤侑貴，石崎公庸，三村徹郎，深城英弘
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 側根形成を負に制御するTOLS2ペプチド応答性が変化する変異体の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 西丸陸, 青木優佳, 豊倉浩一, 篠田明徳, 郷達明, 石崎公庸, 三村徹郎, 深城英弘
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 発光レポーター遺伝子を用いた側根プレパターニング変異体の単離と解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小笹綾香, 郷達明, 石崎公庸, 三村徹郎, 深城英弘
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 側根形成におけるオーキシン作用の二面性 (2020)
  • 著者名/発表者名: 深城英弘
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] TOLS2/PIPL3 peptide-RLK7 receptor cascade regulates lateral root spacing during Arabidopsis lateral root founder cell formation (2019)
  • 著者名/発表者名: Hidehiro Fukaki
  • 学会等名: 第23回国際植物生長物質会議
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] レポーター遺伝子を用いたシロイヌナズナ側根プレパターニング機構の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小笹 綾香, 郷 達明, 石崎 公庸, 三村 徹郎, 深城 英弘
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
• [学会発表] TOLS2ペプチドによる側根形成関連遺伝子の発現制御に異常を示す変異体の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 西丸 陸, 青木 優佳, 豊倉 浩一, 篠田 明徳, 郷 達明, 石崎 公庸, 三村徹郎, 深城 英弘
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
• [学会発表] シロイヌナズナとミチタネツケバナにおける根の皮層形成の分子機構の比較 (2019)
  • 著者名/発表者名: 豊倉浩一, 郷達明, 坂根雅人, Yrjo Helariutta, 柿本辰男, 工藤洋, 深城英弘
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会 2019年3月
• [学会発表] 西丸陸, 青木優佳, 豊倉浩一, 篠田明徳, 郷達明, 石崎公庸, 三村徹郎, 深城英弘 (2019)
  • 著者名/発表者名: シロイヌナズナ側根形成を抑制するTOLS2 ペプチドによる遺伝子の発現制御に異常を示す変異体の解析
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会 2019年
• [学会発表] シロイヌナズナ側根形成能が顕著に低下するfewer roots変異体のサプレッサー変異体の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 田井中 芳樹, 郷 達明, 石崎 公庸, 三村 徹郎, 深城 英弘
  • 学会等名: 日本植物学会第82回大会 2018年9月
• [学会発表] シロイヌナズナ側根形成を抑制するTOLS2ペプチドに対する応答異常変異体の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西丸 陸, 青木 優佳, 雨川 智美, 豊倉 浩一, 篠田 明徳, 郷 達明, 石崎 公庸, 三村 徹郎, 深城 英弘
  • 学会等名: 日本植物学会第82回大会 2018年9月
• [備考] 神戸大学大学院理学研究科生物学専攻・深城研究室ウェブサイト
  • URL: http://www.research.kobe-u.ac.jp/fsci-fukaki/fukaki/fukaki_laboratory.html
• [備考] 神戸大学大学院理学研究科生物学専攻・理学部生物学科ウェブサイト（教員紹介）
  • URL: http://www.edu.kobe-u.ac.jp/fsci-biol/faculty/fukaki.html