木部細胞分化を制御するVNSレギュロンの構造と動態可塑性の多層的解析

• 研究課題/領域番号: 18H02466
• 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: 奈良先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 出村 拓 奈良先端科学技術大学院大学, デジタルグリーンイノベーションセンター, 教授 (40272009)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円); 2020年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円); 2019年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円); 2018年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
• キーワード: メタボローム解析 / 化学生物学的解析 / 順遺伝学 / ユビキチン化 / 進化的変遷 / 木部細胞分化 / 転写ネットワーク / マルチオミクス / HDAC阻害剤 / 蛍光相関分光法 / 道管 / 遺伝子発現制御ネットワーク / 進化 / オミクス解析 / ケミカルバイオロジー

研究成果の概要

本研究では、植物が維管束木部細胞の通水・支持機能の最適化を実現するために進化的に発達させてきた遺伝子発現制御システム「VNSレギュロン」について、その構造と動態可塑性を多層的に詳細解析した。その結果、1）一部のタンパク質の分解が木部細胞の機能最適化に重要であること、2）木部細胞の分化制御に細胞周期と細胞内環境が深く関わること、3）オオミズゴケ（コケ植物）とテーダマツ（針葉樹）においてもVNSレギュロンの基本構造が保存されていること、を明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究が対象とする木部細胞は木質バイオマスの本体であり、本研究で得られた成果をもとに木質バイオマスの高度利用（バイオエタノール変換、高エネルギー化）に向けた木質改良につながる点で社会的な意義をもつ。また、本研究が扱う「VNSレギュロン」は植物における遺伝子発現制御システムの代表例であり、この解析で得られた知見と解析手法が他の様々な局面で起動するレギュロンの解析に転用可能である点で学術的な意義は大きい。

研究成果

• [国際共同研究] ブリティッシュコロンビア大学(カナダ)
• [国際共同研究] Universite de Picardie Jules Verne(フランス)
• [国際共同研究] ペンシルバニア州立大学/ジョージア大学(米国)
• [国際共同研究] 浙江農林大学/中国林業科学院(中国)
• [国際共同研究] MPI(ドイツ)
• [国際共同研究] ブリティッシュコロンビア大学(カナダ)
• [国際共同研究] CNRS(フランス)
• [国際共同研究] 浙江農林大学/中国林業科学院(中国)
• [国際共同研究] MPI(ドイツ)
• [国際共同研究] ブリティッシュコロンビア大学(カナダ)
• [国際共同研究] MPI(ドイツ)
• [雑誌論文] Impact of abiotic stress on the regulation of cell wall biosynthesis in <i>Populus trichocarpa</i> (2020)
  • 著者名/発表者名: Hori Chiaki、Yu Xiang、Mortimer Jenny C.、Sano Ryosuke、Matsumoto Tomoko、Kikuchi Jun、Demura Taku、Ohtani Misato
  • 雑誌名: Ｐｌａｎｔ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 巻: 37 号: 3 ページ: 273-283
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.20.0326a
  • NAID: 130007907472
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • 年月日: 2020-09-25
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Hechtian Strands Transmit Cell Wall Integrity Signals in Plant Cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoneda Arata、Ohtani Misato、Katagiri Daisuke、Hosokawa Yoichiroh、Demura Taku
  • 雑誌名: Plants 巻: 9 号: 5 ページ: 604-604
  • DOI: 10.3390/plants9050604
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Isolation of dominant Arabidopsis seive mutants defective in VND7-induced xylem vessel cell differentiation (2020)
  • 著者名/発表者名: Pawittra Phookaew、Suzuki Takaomi、Kawabe Harunori、Takebayashi Arika、Demura Taku、Ohtani Misato
  • 雑誌名: Plant Biotechnology 巻: 37 号: 3 ページ: 311-318
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.20.0427a
  • NAID: 130007907448
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structure and Biomechanics during Xylem Vessel Transdifferentiation in Arabidopsis thaliana (2020)
  • 著者名/発表者名: Roumeli Eleftheria、Ginsberg Leah、McDonald Robin、Spigolon Giada、Hendrickx Rodinde、Ohtani Misato、Demura Taku、Ravichandran Guruswami、Daraio Chiara
  • 雑誌名: Plants 巻: 9 号: 12 ページ: 1715-1715
  • DOI: 10.3390/plants9121715
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Plant-specific Dof transcription factors VASCULAR-RELATED DOF1 and VASCULAR-RELATED DOF2 regulate vascular cell differentiation and lignin biosynthesis in Arabidopsis (2020)
  • 著者名/発表者名: Ramachandran Vasagi、Tobimatsu Yuki、Masaomi Yamamura、Sano Ryosuke、Umezawa Toshiaki、Demura Taku、Ohtani Misato
  • 雑誌名: Plant Molecular Biology 巻: 104 号: 3 ページ: 263-281
  • DOI: 10.1007/s11103-020-01040-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Arabidopsis FLYING SAUCER 2 Functions Redundantly with FLY1 to Establish Normal Seed Coat Mucilage (2020)
  • 著者名/発表者名: Tadashi Kunieda、Ikuko Hara-Nishimura、Taku Demura、George W. Haughn
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 61 号: 2 ページ: 308-317
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz195
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Interspecific signaling between the parasitic plant and the host plants regulate xylem vessel cell differentiation in haustoria of Cuscuta campestris. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kaga Y., Yokoyama R., Sano, R., Ohtani, M., Demura, T., Kuroha, T., Shinohara, N., Nishitani, K..
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 11 ページ: 193-193
  • DOI: 10.3389/fpls.2020.00193
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Creating vessel elements in vitro: Towards a comprehensive understanding of the molecular basis of xylem vessel element differentiation (2019)
  • 著者名/発表者名: Tan Tian Tian、Demura Taku、Ohtani Misato
  • 雑誌名: Ｐｌａｎｔ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 巻: 36 号: 1 ページ: 1-6
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.18.1119b
  • NAID: 130007628755
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • 年月日: 2019-03-25
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Affinity‐based high‐resolution analysis of DNA binding by VASCULAR‐RELATED NAC‐DOMAIN7 via fluorescence correlation spectroscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: Tamura Taizo、Endo Hitoshi、Suzuki Atsunobu、Sato Yutaka、Kato Ko、Ohtani Misato、Yamaguchi Masatoshi、Demura Taku
  • 雑誌名: The Plant Journal 巻: 100 号: 2 ページ: 298-313
  • DOI: 10.1111/tpj.14443
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Progression of Xylem Vessel Cell Differentiation is Dependent on the Activity Level of VND7 in Arabidopsis thaliana (2019)
  • 著者名/発表者名: Hirai Risaku、Higaki Takumi、Takenaka Yuto、Sakamoto Yuki、Hasegawa Junko、Matsunaga Sachihiro、Demura Taku、Ohtani Misato
  • 雑誌名: Plants 巻: 9 号: 1 ページ: 39-39
  • DOI: 10.3390/plants9010039
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Arabidopsis Group IIId ERF proteins positively regulate primary cell wall-type CESA genes (2019)
  • 著者名/発表者名: Saelim Laddawan、Akiyoshi Nobuhiro、Tan Tian Tian、Ihara Ayumi、Yamaguchi Masatoshi、Hirano Ko、Matsuoka Makoto、Demura Taku、Ohtani Misato
  • 雑誌名: Journal of Plant Research 巻: 132 号: 1 ページ: 117-129
  • DOI: 10.1007/s10265-018-1074-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The quest for transcriptional hubs of lignin biosynthesis: beyond the NAC-MYB-gene regulatory network model (2019)
  • 著者名/発表者名: Ohtani Misato、Demura Taku
  • 雑誌名: Current Opinion in Biotechnology 巻: 56 ページ: 82-87
  • DOI: 10.1016/j.copbio.2018.10.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Patterned deposition of xylan and lignin is independent from the secondary wall cellulose of Arabidopsis xylem vessels (2018)
  • 著者名/発表者名: Takenaka Yuto、Watanabe Yoichiro、Schuetz Mathias、Unda Faride、Hill Joseph Lee、Phookaew Pawittra、Yoneda Arata、Mansfield Shawn D.、Samuels A. Lacey、Ohtani Misato、Demura Taku
  • 雑誌名: The Plant Cell 巻: 30 号: 11 ページ: 2663-2676
  • DOI: 10.1105/tpc.18.00292
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] シロイヌナズナ木部道管様細胞において原形質分離は二次細胞壁形成を抑制する (2020)
  • 著者名/発表者名: 水元康裕, 國枝正, 出村拓
  • 学会等名: 2020年度（第9回）近畿植物学会講演会
• [学会発表] 原子間力顕微鏡を用いた二次細胞壁形成過程における細胞の力学的強度変化の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 川村純平, 國枝正, 岸田佳祐, 秋田絵理, 細川陽一郎, 出村拓
  • 学会等名: 2020年度（第9回）近畿植物学会講演会
• [学会発表] シロイヌナズナ花茎における細胞壁の変化がヤング率に与える影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: 仲尾真男, 中田未友希, 出村拓
  • 学会等名: 日本植物学会第84回大会
• [学会発表] Tracking CELLULOSE SYNTHASE movement during secondary cell wall formation (2020)
  • 著者名/発表者名: 石尾寛乃, 渡邊洋一郎, 出村拓
  • 学会等名: 日本植物学会第84回大会
• [学会発表] シロイヌナズナ木部道管細胞分化における細胞の力学的強度変化の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 川村純平, 國枝正, 岸田佳祐, 秋田絵理, 岡野和宣, 細川陽一郎, 出村拓
  • 学会等名: 日本植物学会第84回大会
• [学会発表] 木部道管様細胞の二次壁形成における一次細胞壁の役割 (2020)
  • 著者名/発表者名: 水元康裕, 國枝正, 出村拓
  • 学会等名: 日本植物学会第84回大会
• [学会発表] AC転写因子VND7は道管細胞においてユビキチンE3リガーゼFLYの発現を制御する (2020)
  • 著者名/発表者名: 國枝正, 地福海月, George W. Haughn, 西村いくこ, 出村拓
  • 学会等名: 日本植物学会第84回大会
• [学会発表] 生物学から見たCNF生合成のしくみ (2020)
  • 著者名/発表者名: 大谷美沙都, 出村拓
  • 学会等名: 日本化学会第100回春季大会
  • 招待講演
• [学会発表] Functional Conservation of VNS NAC Transcription Factors That Regulate Cell Wall Formation and Programmed Cell Death in Land Plants (2019)
  • 著者名/発表者名: Taku Demura
  • 学会等名: Marchantia Workshop 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Functional Analysis of Polygalacturonases During Water-Conducting Cell Formation Required for Plant Adaptation to Land (2019)
  • 著者名/発表者名: Taku Demura
  • 学会等名: Carbohydrate-Active Enzymes for Glycan Conversions (Gordon Research Conference)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] EVOLUTIONAL CHANGES IN CIS-ELEMENT BINDING AFFINITY OF VNS FAMILY TRANSCRIPTION FACTORS, MASTER REGULATORS OF SECONDARY CELL WALL FORMATION (2019)
  • 著者名/発表者名: Nobuhiro Akiyoshi, Taizo Tamura, Misato Ohtani and Taku Demura
  • 学会等名: XV Cell Wall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 木部道官細胞分化におけるユビキチンE3リガーゼFLYの発現制御機構の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 地福海月, 國枝正, George W. Haughn, 西村いくこ and 出村拓
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
• [学会・シンポジウム開催] France-Japan Plant Cell Wall Workshop "Pectin Lovers Meeting" (2019)