細胞の分化状態を操作できる系を用いた植物の再生メカニズムの解明

• 研究課題/領域番号: 19K16167
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 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: 京都大学
• 研究代表者: 安居 佑季子 京都大学, 生命科学研究科, 准教授 (90724758)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2019年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
• キーワード: 再生 / 幹細胞 / 苔類ゼニゴケ / ゼニゴケ

研究開始時の研究の概要

植物の再生能は非常に高く、多くの植物は切断部に新たな器官を形成したり、場合によっては新たな個体を再生することができる。再生は一度分化した細胞が脱分化の過程をへて新たに幹細胞が新生される現象であり、高い分化可塑性は植物細胞の大きな特性である。申請者は、陸上植物進化の基部に位置する苔類ゼニゴケに注目し、これまでに転写因子GCAM1とGC1Lの機能誘導のON/OFF等で簡単にかつ均質に“細胞の分化状態を操れる系”を構築している。本研究ではこの系を用いることで植物の中でも高い再生能力を持つゼニゴケの再生メカニズムを解明する。本研究の成果は被子植物にも共通するメカニズムの解明にもつながると期待できる。

研究成果の概要

植物の再生能は非常に高く、多くの植物は切断部に新たな器官を形成したり、場合によっては新たな個体を再生することができる。陸上植物進化の基部で分岐したコケ植物苔類ゼニゴケの、転写因子GEMMA CUP-ASSOCIATED MYB1 (GCAM1) は、栄養繁殖を行なうための器官である杯状体の形成に必須である。GCAM1とそのホモログであるGCAM1 LIKE (GC1L) を両方欠損させたgcam1 gc1l二重変異体では再生が著しく抑制される。またそれぞれを過剰発現させた株では未分化細胞が増殖することからGCAM1とGC1Lは再生過程において未分化細胞の増殖に機能すると考えられた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

植物の再生やクローン繁殖は、植物の生存にとって重要であると同時に農業においても非常に重要な現象である。GCAM1の被子植物のオーソログは腋芽形成に機能することがわかっており、被子植物の腋芽形成にゼニゴケのGCAM1が機能しうることをこれまでに報告している。本研究ではGCAM1とGC1Lはゼニゴケの再生過程において未分化細胞の増殖に機能することを示した。本研究の成果は植物に保存された未分化性の細胞を増殖させるメカニズムの解明につながると期待できる。

研究成果

• [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] 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] 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
• [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] ゼニゴケの無性生殖から探る幹細胞新生の制御機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 加藤大貴, 安居佑季子, 石崎公庸
  • 学会等名: 第62回 日本植物生理学会
• [学会発表] The conserved mechanism of production of new meristems in land plants, revealed from the liverwort Marchantia polymorpha. (2020)
  • 著者名/発表者名: Yukiko Yasui, Shigeyuki Tsukamoto, Hirotaka Kato, Ryuichi Nishihama, Takayuki Kohchi, Kimitsune Ishizaki
  • 学会等名: 第43回 日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [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: 日本植物学会 第84回大会
• [学会発表] ゼニゴケの再生を制御する2つのR2R3-MYB型転写因子の機能解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 安居 佑季子, 加藤 大貴, 石田 咲子, 西浜 竜一, 深城 英弘, 三村 徹郎, 河内 孝之, 石崎 公庸
  • 学会等名: 第61回 日本植物生理学会
• [学会発表] 苔類ゼニゴケの杯状体形成に関わる新奇因子の同定と機能解析 (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61回 日本植物生理学会