コケ植物繁殖子の休眠を制御する分子メカニズムの解明

• 研究課題/領域番号: 19H03247
• 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: 石崎 公庸 神戸大学, 理学研究科, 教授 (00452293)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022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); 2022年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2021年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2020年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2019年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
• キーワード: 休眠 / クローン繁殖子 / コケ植物 / アブシシン酸 / 細胞周期 / 進化 / 環境ストレス耐性 / 栄養繁殖 / 無性生殖 / 無性芽 / 成長制御

研究開始時の研究の概要

ゼニゴケの繁殖子（無性芽）の休眠を正に制御するMpbHLH40の機能に着目し、①MpbHLH40の発現を制御する外的・内的環境因子の解析、②MpbHLH40下流で成長を停止させ休眠を促進する遺伝子制御ネットワークの解析、の２つを柱として、ゼニゴケにおける繁殖子休眠の分子機構を解明する。MpbHLH40は外的・内的環境因子の下流でシグナルを統合する機能をもつ可能性を考えている。種子や芽の休眠コントロールは農業や園芸分野でも重要な標的となっており、本研究は休眠という複雑な生理現象の基本的な仕組みとその進化（多様化）を理解するための基盤的な知見の蓄積に貢献する。

研究成果の概要

陸上植物は生存に適さない環境を成長を停止させた状態で乗り越え、好ましい環境下で生育を再開させる休眠という生存戦略を進化させてきた。コケ植物ゼニゴケは、杯状体内部に休眠したクローン繁殖子である無性芽を形成する。本研究では、無性芽の休眠を促進するbHLH型転写因子MpHYPNOS（MpHYP）に着目し、その休眠制御機構を解析した。MpHYP機能欠損変異体とMpHYP機能誘導株を用いて様々な分子生理学的解析を行ったところ、MpHYPはABA生合成遺伝子の発現誘導や細胞周期関連遺伝子の直接的な発現抑制を介して、ABA依存的と非依存的経路で複合的に休眠を促進し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

植物の種子や芽の休眠は農業や園芸の分野において重要な形質であり、主に作物やモデル被子植物を用いて研究が進められてきた。本研究は、コケ植物のクローン繁殖子における休眠が転写因子を介した精緻な遺伝子発現制御の仕組みによってコントロールされていることを世界で初めて示したものである。本研究で発見した休眠制御因子の作用点は植物に共通する植物ホルモン生合成や細胞周期制御因子であることから、植物共通の休眠操作系の開発、将来的には作物や有用植物の種子や芽の長期保存手法の開発に繋がる基盤的知見を提供することが期待される。

研究成果

• [国際共同研究] TEMASEK Lifesciences Laboratries(シンガポール)
• [国際共同研究] Oxford University(英国)
• [国際共同研究] TEMASEK Lifesciences Laboratries(シンガポール)
• [国際共同研究] Max Planck Institute(ドイツ)
• [国際共同研究] TEMASEK Lifesciences Laboratories(シンガポール)
• [国際共同研究] Max Planck Institute(ドイツ)
• [国際共同研究] TEMASEK Lifesciences Laboratories(シンガポール)
• [国際共同研究] Max Planck Institute(ドイツ)
• [雑誌論文] Abscisic acid‐mediated sugar responses are essential for vegetative desiccation tolerance in the liverwort <i>Marchantia polymorpha</i> (2023)
  • 著者名/発表者名: Khatun Nobiza、Shinozawa Akihisa、Takahashi Kosaku、Matsuura Hideyuki、Jahan Akida、Islam Mousona、Karim Masudul、Sk Rahul、Yoshikawa Mikako、Ishizaki Kimitsune、Sakata Yoichi、Takezawa Daisuke
  • 雑誌名: Physiologia Plantarum 巻: 175 号: 2
  • DOI: 10.1111/ppl.13898
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Migration of prospindle before the first asymmetric division in germinating spore of <i>Marchantia polymorpha</i> (2022)
  • 著者名/発表者名: Sakai Yuuki、Higaki Takumi、Ishizaki Kimitsune、Nishihama Ryuichi、Kohchi Takayuki、Hasezawa Seiichiro
  • 雑誌名: Ｐｌａｎｔ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 巻: 39 号: 1 ページ: 5-12
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.21.1217b
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • 年月日: 2022-03-25
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] G protein signaling and metabolic pathways as evolutionarily conserved mechanisms to combat calcium deficiency (2022)
  • 著者名/発表者名: Leong Richalynn、Tan Javier Jingheng、Koh Sally Shuxian、Wu Ting‐Ying、Ishizaki Kimitsune、Urano Daisuke
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 237 号: 2 ページ: 615-630
  • DOI: 10.1111/nph.18561
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] R2R3-MYB transcription factor GEMMA CUP-ASSOCIATED MYB1 mediates the cytokinin signal to achieve proper organ development in Marchantia polymorpha (2022)
  • 著者名/発表者名: Aki Shiori S.、Morimoto Tomoyo、Ohnishi Taiki、Oda Ayumi、Kato Hirotaka、Ishizaki Kimitsune、Nishihama Ryuichi、Kohchi Takayuki、Umeda Masaaki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12 号: 1 ページ: 21123-21123
  • DOI: 10.1038/s41598-022-25684-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] G protein controls stress readiness by modulating transcriptional and metabolic homeostasis in Arabidopsis thaliana and Marchantia polymorpha (2022)
  • 著者名/発表者名: Wu Ting-Ying、Krishnamoorthi Shalini、Boonyaves Kulaporn、Al-Darabsah Isam、Leong Richalynn、Jones Alan M.、Ishizaki Kimitsune、Liao Kang-Ling、Urano Daisuke
  • 雑誌名: Molecular Plant 巻: 15 号: 12 ページ: 1889-1907
  • DOI: 10.1016/j.molp.2022.10.020
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The Renaissance and Enlightenment of Marchantia as a model system (2022)
  • 著者名/発表者名: Bowman, J.L., Berger,F., Briginshaw, L.N., Davies, K.M., Dierschke, T., Dolan,L., Fisher, T.J., Flores-Sandoval,E., Futagami,K., Ishizaki, K., Kato, H., Kohchi, T., Levins, J., Lin, S-S., Nishihama, R., Romani, R., Tanizawa, Y., Tsuzuki, M., Watanabe,Y., Yamato, K.T., Zachgo, S.
  • 雑誌名: The Plant Cell 巻: 34 号: 10 ページ: 3512-3542
  • DOI: 10.1093/plcell/koac219
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Distinct Functions of the Atypical Terminal Hydrophilic Domain of the HKT Transporter in the Liverwort Marchantia polymorpha. (2022)
  • 著者名/発表者名: Imran S, Oyama M, Horie R, Kobayashi NI, Costa A, Kumano R, Hirata C, Tran STH, Katsuhara M, Tanoi K, Kohchi K, Ishizaki K, Horie T.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiology 巻: 63 号: 6 ページ: 802816-802816
  • DOI: 10.1093/pcp/pcac044
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Development and Molecular Genetics of Marchantia polymorpha. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kohchi T, Yamato KY, Ishizaki K, Yamaoka S, Nishihama R.
  • 雑誌名: Annu. Rev. Plant Biol. 巻: 72 号: 1 ページ: 677-702
  • DOI: 10.1146/annurev-arplant-082520-094256
  • 査読あり
• [雑誌論文] Major components of the KARRIKIN INSENSITIVE2-dependent signaling pathway are conserved in the liverwort Marchantia polymorpha (2021)
  • 著者名/発表者名: Mizuno Y, Komatsu A, Shimazaki S, Naramoto S, Inoue K, Xie X, Ishizaki K, Kohchi T, Kyozuka J.
  • 雑誌名: Plant Cell 巻: - 号: 7 ページ: 112-156
  • DOI: 10.1093/plcell/koab106
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Gemma cup and gemma development in Marchantia polymorpha (2020)
  • 著者名/発表者名: Kato Hirotaka、Yasui Yukiko、Ishizaki Kimitsune
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 228 号: 2 ページ: 459-465
  • DOI: 10.1111/nph.16655
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Induction of Multichotomous Branching by CLAVATA Peptide in Marchantia polymorpha (2020)
  • 著者名/発表者名: Hirakawa Yuki、Fujimoto Toko、Ishida Sakiko、Uchida Naoyuki、Sawa Shinichiro、Kiyosue Tomohiro、Ishizaki Kimitsune、Nishihama Ryuichi、Kohchi Takayuki、Bowman John L.
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 30 号: 19 ページ: 3833-3840
  • DOI: 10.1016/j.cub.2020.07.016
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Design principles of a minimal auxin response system (2020)
  • 著者名/発表者名: Kato Hirotaka、Mutte Sumanth K.、Suzuki Hidemasa、Crespo Isidro、Das Shubhajit、Radoeva Tatyana、Fontana Mattia、Yoshitake Yoshihiro、Hainiwa Emi、van den Berg Willy、Lindhoud Simon、Ishizaki Kimitsune、Hohlbein Johannes、Borst Jan Willem、Boer D. Roeland、Nishihama Ryuichi、Kohchi Takayuki、Weijers Dolf
  • 雑誌名: Nature Plants 巻: 6 号: 5 ページ: 473-482
  • DOI: 10.1038/s41477-020-0662-y
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 庭の厄介者ゼニゴケがクローン個体をつくり繁殖する仕組み (2020)
  • 著者名/発表者名: 安居佑季子、石崎公庸
  • 雑誌名: 化学と生物 巻: 58 ページ: 502-504
  • 査読あり
• [雑誌論文] The RopGEF KARAPPO Is Essential for the Initiation of Vegetative Reproduction in Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiwatashi T., Goh H., Yasui Y., Koh L.Q., Takami H., Kajikawa M., Kirita H., Kanazawa T., Minamino N., Togawa T., Sato M., Wakazaki M., Yamaguchi K., Shigenobu S., Fukaki H., Mimura T., Toyooka K., Sawa S., Yamato K.T.,Ueda T., Urano D., Kohchi T., Ishizaki K.
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 29 号: 20 ページ: 3525-3531
  • DOI: 10.1016/j.cub.2019.08.071
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] GEMMA CUP-ASSOCIATED MYB1, an ortholog of axillary meristem regulators, is essential in vegetative reproduction in Marchantia polymorpha. (2019)
  • 著者名/発表者名: Yasui Y, Tsukamoto S, Sugaya T, Nishihama R, Wang Q, Kato H, Yamato KT, Fukaki H, Mimura T, Kubo H, Theres K, Kohchi T, Ishizaki K.
  • 雑誌名: Curr Biol. 巻: 29 号: 23 ページ: 3987-3995
  • DOI: 10.1016/j.cub.2019.10.004
  • NAID: 120006773950
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A conserved regulatory mechanism mediates the convergent evolution of plant shoot lateral organs. (2019)
  • 著者名/発表者名: Naramoto S, Jones VAS, Nicola, N, Sato M,Toyooka K, Shimamura M, Ishida S, Nishitani K,Ishizaki K, Nishihama R, Kohchi T, Dolan L, Kyozuka J.
  • 雑誌名: PLoS Biology 巻: 17 号: 12 ページ: 12-12
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.3000560
  • NAID: 120006813343
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] MpHYPNOSによるゼニゴケ無性芽の休眠制御機構 (2023)
  • 著者名/発表者名: 芳村 那美, 吉川 実樺子, 安田 有沙, 加藤 大貴, 酒井 友希, 三村 徹郎, 近藤 侑貴, 深城 英弘, 石崎 公庸
  • 学会等名: 第64回 日本植物生理学会年会（仙台）
• [学会発表] MpHYPNOSを介したゼニゴケ無性芽の休眠制御機構 (2022)
  • 著者名/発表者名: 芳村 那美, 石崎 公庸
  • 学会等名: 第5回 コケ幹細胞研究会（服部植物研究所）
• [学会発表] ゼニゴケにおける栄養繁殖の分子機構 (2022)
  • 著者名/発表者名: 石崎 公庸
  • 学会等名: 第5回 コケ幹細胞研究会（服部植物研究所）
• [学会発表] Dormancy of vegetative propagules in a liverwort Marchantia polymorpha (2022)
  • 著者名/発表者名: Kimitsune Ishizaki
  • 学会等名: EMBO workshop on "An Integrated View of Early Land Plant Evolution"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ゼニゴケ無性芽の休眠を促進するMpHYPNOSの機能 (2022)
  • 著者名/発表者名: 芳村 那美, 吉川 実樺子, 安田 有沙, 加藤 大貴, 酒井 友希, 三村 徹郎, 近藤 侑貴, 深城 英弘, 石崎 公庸
  • 学会等名: 日本植物学会第86回大会
• [学会発表] コケ植物ゼニゴケの脅威の繁殖力を支える分子基盤 (2022)
  • 著者名/発表者名: 酒井 友希, 加藤 大貴, 安居 佑季子, 石崎 公庸
  • 学会等名: 日本植物学会第86回大会
• [学会発表] ゼニゴケ無性芽におけるMpHYPNOSを介した休眠制御 (2022)
  • 著者名/発表者名: 芳村 那美, 吉川 実樺子, 安田 有沙, 加藤 大貴, 酒井 友希, 三村 徹郎, 近藤 侑貴, 深城 英弘, 石崎 公庸
  • 学会等名: 第63回 日本植物生理学会年会
• [学会発表] Evolutionary conserved mechanisms of stem cell proliferation in land plants (2022)
  • 著者名/発表者名: Kimitsune Ishizaki
  • 学会等名: 第63回 日本植物生理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] ゼニゴケ胞子における非対称分裂メカニズム (2022)
  • 著者名/発表者名: 酒井 友希, 近藤 侑貴, 深城 英弘, 石崎 公庸
  • 学会等名: 第63回 日本植物生理学会年会
• [学会発表] 苔類ゼニゴケの杯状体形成におけるsingle-MYB遺伝子GROMの機能解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 加藤 大貴, 安居 佑季子, 近藤 侑貴, 深城 英弘, 三村 徹郎, 石崎 公庸
  • 学会等名: 第63回 日本植物生理学会年会
• [学会発表] ゼニゴケ無性芽におけるMpHYPNOS を介した休眠制御 (2022)
  • 著者名/発表者名: 芳村那美, 吉川実樺子, 安田有沙, 加藤大貴, 酒井友希, 三村徹郎, 近藤侑貴, 深城英弘, 石崎公庸
  • 学会等名: 日本植物学会 第85回大会
• [学会発表] 陸上植物に保存されたオーキシン応答遺伝子WIP のゼニゴケにおける機能解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 加藤大貴, 近藤侑貴, 深城英弘, Dolf Weijers, 石崎公庸
  • 学会等名: 日本植物学会 第85回大会
• [学会発表] ゼニゴケ器官形成におけるR2R3-MYB 転写因子SHOTGLASS の機能 (2021)
  • 著者名/発表者名: 酒井友希, 高見英幸, 山岡尚平, 近藤侑貴, 深城英弘, 三村徹郎, 石崎公庸
  • 学会等名: 日本植物学会 第85回大会
• [学会発表] ゼニゴケ葉状体の形態形成におけるMpREN の機能解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 米塚広樹, 上野亜紀, 樋渡琢真, 加藤大貴, 酒井友希, 三村徹郎, 近藤侑貴, 深城英弘, 石崎公庸
  • 学会等名: 日本植物学会 第85回大会
• [学会発表] ゼニゴケの葉状体再生におけるGCAM1 およびGC1L の機能 (2021)
  • 著者名/発表者名: 田中涼葉, 加藤大貴, 安居佑季子, 近藤侑貴, 深城英弘, 石崎公庸
  • 学会等名: 日本植物学会 第85回大会
• [学会発表] Functional analysis of a R2R3-MYB transcription factor SHOTGLASS in Marchantia polymorpha (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuuki Sakai, Hideyuki Takami, Shigeyuki Tsukamoto, Shohei Yamaoka, Yuki Kondo, Hidehiro Fukaki, Tetsuro Mimura, Kimitsune Ishizaki
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Functional characterization of LAX PANICLE2 homologous in the liverwort Marchantia polymorpha (2021)
  • 著者名/発表者名: Naho Maehara, Hirotaka Kato, Yuki Sakai, Yuki Kondo, Tetsuro Mimura, Hidehiro Fukaki, Kimitsune Ishizaki
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Exploring the common mechanisms for stem cell propagation from vegetative reproduction of Marchantia polymorpha (2021)
  • 著者名/発表者名: Hirotaka Kato, Yukiko Yasui, Kimitsune Ishizaki
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] ゼニゴケ側生器官形成を制御するMYB転写因子GCAM2の機能解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 酒井友希, 高見英幸, 塚本成幸, 山岡尚平, 増田晃秀, 深城英弘, 三村徹郎, 河内孝之, 石崎公庸
  • 学会等名: 第84回日本植物学会大会
• [学会発表] 苔類ゼニゴケの杯状体形成に重要なsingle-MYBタンパク質の同定 (2020)
  • 著者名/発表者名: 加藤大貴, 安居佑季子, 深城英弘, 三村徹郎, 石崎公庸
  • 学会等名: 第84回日本植物学会大会
• [学会発表] An evolutionarily conserved mechanism for production of secondary meristems in land plants (2019)
  • 著者名/発表者名: Kimitsune Ishizaki
  • 学会等名: International Symposium: Principles of pluripotent stem cells underlying plant vitality
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ゼニゴケ無性芽形成に機能するRopおよびRopGEFの細胞内局在解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 樋渡琢真, 上野亜紀, 金澤建彦, 南野尚紀, 深城英弘, 三村徹郎, 上田貴志, 石崎公庸
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
• [学会発表] GEMMA CUP-ASSOCIATED MYB1, an orthologue of axillary meristem regulator, is essential for vegetative reproduction in the liverwort Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Kimitsune Ishizaki
  • 学会等名: Marchantia Workshop 2019
  • 招待講演
• [学会発表] Marchantia polymorpha as a model for evolutionary biology (2019)
  • 著者名/発表者名: Kimitsune Ishizaki
  • 学会等名: The Vassilios Sarafis OzBryo Meeting
  • 招待講演
• [学会発表] An evolutionary conserved mechanism for production of secondary meristems in land plants (2019)
  • 著者名/発表者名: Kimitsune Ishizaki
  • 学会等名: Australian Society of Plant Scientists Conference: ASPS 2019
  • 招待講演
• [図書] 植物生理学 第2版 (2019)
  • 著者名/発表者名: 石崎 公庸(担当:分担執筆, 範囲:第１章)
  • 総ページ数: 242
  • 出版者: 化学同人
  • ISBN: 9784759819977
• [備考] 神戸大学大学院理学研究科 石崎研究室ホームページ
  • URL: https://www.research.kobe-u.ac.jp/fsci-ishizaki/index.html
• [備考] 神戸大学大学院理学研究科 石崎研究室ホームページ
  • URL: http://www.research.kobe-u.ac.jp/fsci-ishizaki/index.html
• [備考] 神戸大学石崎研究室ホームページ
  • URL: http://www.research.kobe-u.ac.jp/fsci-ishizaki/index.html