無性芽形成を介したゼニゴケの栄養繁殖を制御する仕組みの解析

• 研究課題/領域番号: 21K15116
• 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: 東北大学
• 研究代表者: 小松 愛乃 東北大学, 生命科学研究科, 助教 (70824837)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2023年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: 栄養繁殖 / ゼニゴケ / 植物ホルモン / KL信号伝達 / 苔類ゼニゴケ

研究開始時の研究の概要

葉や根、茎からクローン個体を作る栄養繁殖は植物の旺盛な繁殖を可能にするが、栄養繁殖を最適化するには環境に応じてクローン個体の形成を調節することが重要である。申請者はこれまでに、ゼニゴケの栄養繁殖においてストリゴラクトン(SL)信号伝達系の祖先型であるKL信号伝達系がクローン個体である無性芽の形成を促進することを見出し、さらにKL信号伝達誘導系を開発した。この実験系を利用してKL信号伝達の下流で無性芽形成を制御する遺伝子群を単離し、それらの機能を解明する。これによって、栄養繁殖の調節や進化を理解するための足掛かりが得られるとともに、KL/SL信号伝達系の進化に関しても新たな知見が得られる。

研究成果の概要

多くの植物は種子で増えるだけではなく、体の一部からクローンを作る「栄養繁殖」でも旺盛に増殖する。本研究では、ゼニゴケの栄養繁殖をモデルに、ゼ無性芽と呼ばれるクローンの形成が遺伝的に決定される分子機構の解析を行い、植物ホルモンKAI2-ligand (KL) が無性芽形成ホルモンであることを発見した。また、環境情報に合わせてKL信号のオン/オフをコントロールすることにより栄養繁殖の程度が調節されていることを明らかにした。K L信号伝達誘導系を確立、利用することでK L信号伝達の下流で無性芽形成を制御する遺伝子群を特定に成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

栄養繁殖は植物の生存戦略上非常に重要であり、作物栽培においても重要性質であるが、栄養繁殖の程度を調節する分子機構については知見が乏しい。本研究の成果は、陸上植物で保存されているKLを受容し信号を流す信号伝達機構が栄養繁殖の調節に寄与することを明らかにしたものであり、栄養繁殖の調節機構の起源や進化の解明につながると期待される。また、K L信号伝達の下流で機能する遺伝子群を明らかにしたことで、KL信号伝達の下流制御機構の解析が可能となった。未解明な部分の多いKL信号伝達の下流制御機構について解明の足がかりとなり得る。

研究成果

• [雑誌論文] DIENELACTONE HYDROLASE LIKE PROTEIN1 negatively regulates the KAI2-ligand pathway in Marchantia polymorpha (2023)
  • 著者名/発表者名: Kameoka Hiromu、Shimazaki Shota、Mashiguchi Kiyoshi、Watanabe Bunta、Komatsu Aino、Yoda Akiyoshi、Mizuno Yohei、Kodama Kyoichi、Okamoto Masanori、Nomura Takahito、Yamaguchi Shinjiro、Kyozuka Junko
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 33 号: 16 ページ: 3505-3513
  • DOI: 10.1016/j.cub.2023.06.083
  • 査読あり
• [雑誌論文] Harnessing Deep Learning to Analyze Cryptic Morphological Variability of Marchantia polymorpha (2023)
  • 著者名/発表者名: Tomizawa Yoko、Minamino Naoki、Shimokawa Eita、Kawamura Shogo、Komatsu Aino、Hiwatashi Takuma、Nishihama Ryuichi、Ueda Takashi、Kohchi Takayuki、Kondo Yohei
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 64 号: 11 ページ: 1343-1355
  • DOI: 10.1093/pcp/pcad117
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Control of vegetative reproduction in Marchantia polymorpha by the KAI2-ligand signaling pathway (2023)
  • 著者名/発表者名: Komatsu Aino、Kodama Kyoichi、Mizuno Yohei、Fujibayashi Mizuki、Naramoto Satoshi、Kyozuka Junko
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 33 号: 7 ページ: 1196-1210
  • DOI: 10.1016/j.cub.2023.02.022
  • 査読あり
• [雑誌論文] An ancestral function of strigolactones as symbiotic rhizosphere signals. (2022)
  • 著者名/発表者名: Kodama K, Rich k, Yoda A, Shimazaki S, Xie X, Akiyama K.,Mizuno Y, Komatsu A., Luo Y, Suzuki H, Kameoka H, Libourel C, Keller J, Sakakibara K, Nishiyama T, Nakagawa T, Mashiguchi K, Uchida K, Yoneyama K, Tanaka Y, Yamaguchi S, Shimamura M , Delaux P, Nomu
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 号: 1 ページ: 3974-3974
  • DOI: 10.1038/s41467-022-31708-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [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] Desmethyl butenolides are optimal ligands for karrikin receptor proteins (2021)
  • 著者名/発表者名: Yao Jiaren、Scaffidi Adrian、Meng Yongjie、Melville Kim T.、Komatsu Aino、Khosla Aashima、Nelson David C.、Kyozuka Junko、Flematti Gavin R.、Waters Mark T.
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 230 号: 3 ページ: 1003-1016
  • DOI: 10.1111/nph.17224
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Control of vegetative reproduction of Marchantia polymorpha by the KL signaling (2024)
  • 著者名/発表者名: Aino Komatsu, Hidemasa Suzuki, Yohei Mizuno, Yuki Hata, Yumiko Takebayashi, Mikiko Kojima, Hitoshi Sakakibara, Junko Kyozuka
  • 学会等名: 2024 International Conference on the Molecular Biology of Streptophytes, ICMBS
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] KL signaling pathway regulates vegetative reproduction via cytokinin biosynthesis in Marchantia polymorpha. (2023)
  • 著者名/発表者名: Aino Komatsu, Mizuki Fujibayashi, Fukutaro Hosoya, Kazato Kumagai, Hidemasa Suzuki, Kyoichi Kodama, Yohei Mizuno, Yumiko Takebayashi, Mikiko Kojima, Hitoshi Sakakibara, Xiaonan Xie, Satoshi Naramoto, Junko Kyozuka
  • 学会等名: IPGSA,The 24th International Conference on Plant Growth Substances
  • 国際学会
• [学会発表] KL信号伝達によるゼニゴケ栄養繁殖の制御 (2023)
  • 著者名/発表者名: 小松 愛乃，藤林 瑞季，細矢 福多郎，熊谷 風杜，鈴木 秀政，児玉 恭一，水野 陽平，竹林 裕美子，小嶋 美紀子，榊原 均，謝 肖男，楢本 悟史，経塚 淳子
  • 学会等名: 日本植物学会第87回大会
• [学会発表] KL signaling pathway regulates vegetative reproduction via cytokinin biosynthesis in Marchantia polymorpha (2023)
  • 著者名/発表者名: Aino Komatsu, Mizuki Fujibayashi, Kazato Kumagai, Hidemasa Suzuki, Hitoshi Sakakibara, Junko Kyozuka
  • 学会等名: Taiwan-Japan Plant Biology 2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ゼニゴケにおけるKL信号伝達系の下流因子探索 (2023)
  • 著者名/発表者名: 熊谷 風杜，鈴木 秀政，小松 愛乃，児玉 恭一，謝 肖男，経塚 淳子
  • 学会等名: 日本植物生理学会第64回大会
• [学会発表] KL信号伝達系はサイトカイニンを介してタイ類ゼニゴケの栄養繁殖を制御する (2023)
  • 著者名/発表者名: 小松 愛乃，藤林 瑞季，細矢 福多郎，熊谷 風杜，鈴木 秀政，児玉 恭一，水野 陽平，竹林 裕美子，小嶋 美紀子，榊原 均，謝 肖男，楢本 悟史，経塚 淳子
  • 学会等名: 日本植物生理学会第64回大会
• [学会発表] ゼニゴケの細胞核光定位運動におけるキネシン様タンパク質MpKAC の機能的役割 (2023)
  • 著者名/発表者名: 岩渕 功誠，八木 宏樹，沖 奈那夏，横畑 伶奈，中田 亜紗美，広本 沙耶，小松 愛乃，酒井 友希， 高木 慎吾，西浜 竜一，河内 孝之，渡辺 洋平，上田 晴子，西村 いくこ
  • 学会等名: 日本植物生理学会第64回大会
• [学会発表] サイトカイニンによるタイ類ゼニゴケの栄養繁殖制御 (2022)
  • 著者名/発表者名: 小松 愛乃, 藤林 瑞季, 細矢 福多郎, 熊谷 風杜, 鈴木 秀政, 児玉 恭一, 竹林 裕美子, 小嶋 美紀子, 榊原 均, 経塚 淳子
  • 学会等名: 日本植物学会第86回大会
• [学会発表] 苔類ゼニゴケにおけるＫＬ信号伝達の下流因子探索 (2022)
  • 著者名/発表者名: 熊谷風杜、鈴木秀政、小松愛乃、児玉恭一、経塚淳子
  • 学会等名: 日本植物学会第86回大会
• [学会発表] KARRIKIN INSENSITIVE2 (KAI2)-dependent signaling pathway controls vegetative reproduction in Marchantia polymorpha (2022)
  • 著者名/発表者名: Aino Komatsu, Kyoichi Kodama, Yohei Mizuno, Mizuki Fujibayashi, Satoshi Naramoto, Junko Kyozuka
  • 学会等名: EMBO WORKSHOP 2022
  • 国際学会
• [学会発表] 苔類ゼニゴケ栄養繁殖のKL信号伝達系とサイトカイニンによる制御 (2022)
  • 著者名/発表者名: 小松愛乃, 藤林 瑞季, 細矢 福多郎, 熊谷 風杜, 鈴木 秀政, 児玉 恭一, 竹林 裕美子, 小嶋 美紀子, 榊原 均, 経塚 淳子
  • 学会等名: 第５回コケ幹細胞研究会
• [学会発表] Control of vegetative reproduction by KL signaling in Marchantia polymorpha (2022)
  • 著者名/発表者名: Junko Kyozuka, Aino Komatsu, Kyoichi Kodama, Kazato Kumagai, Hidemasa Suzuki
  • 学会等名: 第63回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 陸上植物における細胞核定位運動の多様性と共通性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 岩渕功誠、八木宏樹、守谷健太、沖奈那夏、横畑伶奈、中田亜紗美、広本沙耶、小松愛乃、酒井友希、嶋田知生、高木慎吾、西浜竜一、河内孝之、渡辺洋平、上田晴子、西村いくこ
  • 学会等名: 第63回日本植物生理学会年会
• [学会発表] ゼニゴケの栄養繁殖は環境とKL信号伝達で調節される (2022)
  • 著者名/発表者名: 小松愛乃、児玉恭一、熊谷風杜、鈴木秀政、水野陽平、島崎翔太、経塚淳子
  • 学会等名: 第4回コケ幹細胞研究会
• [学会発表] コケ植物を用いた植物ホルモンとしてのストリゴラクトンの祖先的機能の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 児玉恭一，島崎翔太 ，小松愛乃 ，亀岡啓 ，Yi Luo ，野村崇人，嶋村正樹，西山智明，経塚淳子
  • 学会等名: 日本植物学会第85回大会
• [学会発表] ゼニゴケの旺盛な栄養繁殖の基盤となる個体数調節機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小松愛乃、水野陽平、児玉恭一、島崎翔太、熊谷風杜、鈴木秀政、楢本悟史、経塚淳子
  • 学会等名: 日本植物学会第85回大会
• [備考] 植物の栄養繁殖を制御するホルモンを発見 植物の旺盛な増殖力の起源の解明につながると期待
  • URL: https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2023/03/press20230315-01-kl.html
• [備考] Degree of Asexual Reproduction in Liverwort...
  • URL: https://www.tohoku.ac.jp/en/press/degree_asexual_reproduction_in_liverwort_plants_is_hormonally_controlled.html
• [備考] 2023年度 東北大学優秀女性研究者賞「紫千代萩賞」受賞者決定
  • URL: https://dei.tohoku.ac.jp/news/32581/
• [備考] Degree of Asexual Reproduction in Liverwort ...
  • URL: https://www.tohoku.ac.jp/en/press/degree_asexual_reproduction_in_liverwort_plants_is_hormonally_controlled.html
• [備考] 植物の栄養繁殖を制御するホルモンを発見 植物の旺盛な増殖力の起源の解明につながると期待
  • URL: https://www.lifesci.tohoku.ac.jp/research/results/detail---id-51182.html