傷口の組織治癒を制御するWOX転写因子とペプチドホルモンの機能解析

• 研究課題/領域番号: 20K06712
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 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 (2022); 新潟大学 (2020-2021)
• 研究代表者: 池内 桃子 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 特任准教授 (00633570)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 組織修復 / カルス / ホメオボックス / 器官再生 / 組織治癒 / 接ぎ木 / 転写制御 / 傷害応答 / 傷シグナル / 細胞分裂 / 細胞伸長

研究開始時の研究の概要

植物は器官が傷つくと、活発に細胞分裂と細胞伸長を行って細胞塊であるカルスを形成して速やかに傷口を塞ぎ、水分の損失や病原菌の侵入を防ぐ。私はこれまでに、カルス形成の制御において重要な役割を果たす転写因子を発見している。さらに、この転写因子が、ペプチド性のホルモンなどの細胞間シグナルに関わる遺伝子や、細胞壁のつながりを制御する酵素などの遺伝子発現を調節していることが見えてきた。そこで本研究では、こうした因子群がカルス形成において果たす役割を明らかにする。

研究成果の概要

植物は高い再生能力を持ち傷口の組織を修復することができる。私はこれまでにWOX13が切断刺激によって発現誘導され、傷口におけるカルス形成と器官の再接着に必要であることを明らかにしてきた。さらに、転写制御因子であるWOX13がどのような標的遺伝子群を制御してカルス形成を司っているのかについて解明を進めてきた。その結果、WOX13は細胞壁を緩ませたり再編成させる活性を持つ酵素の遺伝子群などを制御していることが明らかになった。さらに、WOX13は局所的な切断刺激だけでなく、切断によって引き起こされる長距離シグナルオーキシンの蓄積量変化によっても発現が制御されているという新たな知見を得ることができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

植物の組織修復能力を利用して、苗の接ぎ木が農業や園芸分野で幅広く用いられている。本研究によって組織修復および切断された機関の再接着において重要な制御因子を同定しその機能解析を進められたことにより、接ぎ木メカニズムの一端を明らかすることができた。将来的には、モデル植物を用いた本研究成果を農作物へ応用することによって、接ぎ木技術の開発につなげられることが期待できる。

研究成果

• [雑誌論文] Auxin-Induced WUSCHEL-RELATED HOMEOBOX13 Mediates Asymmetric Activity of Callus Formation upon Cutting (2022)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Hayato、Hashimoto Naoki、Kawai Satomi、Yumoto Emi、Shibata Kyomi、Tameshige Toshiaki、Yamamoto Yuma、Sugimoto Keiko、Asahina Masashi、Ikeuchi Momoko
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 64 号: 3 ページ: 305-316
  • DOI: 10.1093/pcp/pcac146
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Warm Temperature Promotes Shoot Regeneration in <i>Arabidopsis thaliana</i> (2022)
  • 著者名/発表者名: Lambolez Alice、Kawamura Ayako、Takahashi Tatsuya、Rymen Bart、Iwase Akira、Favero David S、Ikeuchi Momoko、Suzuki Takamasa、Cortijo Sandra、Jaeger Katja E、Wigge Philip A、Sugimoto Keiko
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: ー 号: 5 ページ: 618-634
  • DOI: 10.1093/pcp/pcac017
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Plant stem cell research is uncovering the secrets of longevity and persistent growth (2021)
  • 著者名/発表者名: Umeda Masaaki、Ikeuchi Momoko、Ishikawa Masaki、Ito Toshiro、Nishihama Ryuichi、Kyozuka Junko、Torii Keiko U.、Satake Akiko、Goshima Gohta、Sakakibara Hitoshi
  • 雑誌名: The Plant Journal 巻: Online ahead of print 号: 2 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1111/tpj.15184
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Wound-inducible WUSCHEL-RELATED HOMEOBOX 13 is required for callus growth and organ reconnection (2021)
  • 著者名/発表者名: Ikeuchi Momoko, Iwase Akira, Ito Tasuku, Tanaka Hayato, Favero David S, Kawamura Ayako, Sakamoto Shingo, Wakazaki Mayumi, Tameshige Toshiaki, Fujii Haruki, Hashimoto Naoki, Suzuki Takamasa, Hotta Kazuhiro, Toyooka Kiminori, Mitsuda Nobutaka, Sugimoto Keiko
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 188 号: 1 ページ: 425-441
  • DOI: 10.1093/plphys/kiab510
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] WIND transcription factors orchestrate wound-induced callus formation, vascular reconnection and defense response in Arabidopsis (2021)
  • 著者名/発表者名: Iwase A, Kondo Y, Laohavisit A, Takebayashi A, Ikeuchi M, Matsuoka K, Asahina M, Mitsuda N, Shirasu K, Fukuda H, Sugimoto K
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 232 号: 2 ページ: 734-752
  • DOI: 10.1111/nph.17594
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The SUMO E3 ligase SIZ1 negatively regulates shoot regeneration (2020)
  • 著者名/発表者名: Duncan Coleman, Ayako Kawamura, Momoko Ikeuchi, David Seth Favero, Alice Lambolez, Bart Rymen, Akira Iwase, Takamasa Suzuki, Keiko Sugimoto
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 184 号: 1 ページ: 330-344
  • DOI: 10.1104/pp.20.00626
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] How do plants transduce wound signals to induce tissue repair and organ regeneration? (2020)
  • 著者名/発表者名: Ikeuchi Momoko、Rymen Bart、Sugimoto Keiko
  • 雑誌名: Current Opinion in Plant Biology 巻: 57 ページ: 72-77
  • DOI: 10.1016/j.pbi.2020.06.007
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 傷口からの再生ー植物の細胞リプログラミング (2020)
  • 著者名/発表者名: 池内桃子、杉本慶子
  • 雑誌名: 生物の科学 遺伝 巻: 5 ページ: 568-573
• [学会発表] 器官の再接着を可能にするカルス細胞の出会い (2022)
  • 著者名/発表者名: 池内桃子
  • 学会等名: 日本植物学会
  • 招待講演
• [学会発表] How do plants re-construct a new life upon injury? (2021)
  • 著者名/発表者名: Momoko Ikeuchi
  • 学会等名: 日本分子生物学会
  • 招待講演
• [学会発表] シュート再生系におけるWUS とWOX13 の発現動態の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小倉菜緒、池内桃子
  • 学会等名: 日本植物学会
• [学会発表] 器官再生における細胞リプログラミングの制御機構 (2020)
  • 著者名/発表者名: 池内桃子
  • 学会等名: 日本植物学会
• [備考] 植物が切断されても、傷口を修復してつなげる仕組みを解明
  • URL: http://www.naist.jp/pressrelease/2022/10/009356.html