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維管束幹細胞の運命分岐を生み出す分子基盤の解明

研究課題

研究課題/領域番号 22KJ0585
補助金の研究課題番号 21J20775 (2021-2022)
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金 (2023)
補助金 (2021-2022)
応募区分国内
審査区分 小区分44030:植物分子および生理科学関連
研究機関東京大学

研究代表者

島津 舜治  東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
2023年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2022年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
キーワード幹細胞 / 植物 / 維管束 / 植物ホルモン / 発光イメージング / scRNA-seq / 形成層幹細胞 / 二次成長 / 運命制御 / 維管束幹細胞 / 分化誘導系 / 1細胞解析
研究開始時の研究の概要

維管束幹細胞は多分化能を持ち、水分や栄養分の輸送管を構成する木部細胞・篩部細胞を継続的に生み出している。通道性を維持する観点から 、維管束幹細胞の分化運命は厳密に制御されていると考えられるが、その制御機構は依然として不明である。 本研究では、維管束分化誘導システム「VISUAL」と1細胞遺伝子発現解析を組み合わせ、維管束幹細胞が辿る細胞運命の変遷を高い解像度で解析し、多能性幹細胞の運命分岐を生み出す分子基盤への理解を深めていく。

研究実績の概要

植物の維管束は、物質の輸送と力学的な支持という二つの役割を果たす。そのため、維管束植物の多くはまず一次成長で全身に維管束組織を張り巡らせ、続いて二次成長で維管束組織を放射方向へ肥大させる。この二次成長の原動力は維管束組織の内部に位置する形成層幹細胞であり、活発に分裂しつつ、維管束の構成要素である木部細胞や篩部細胞を生み出す。
本研究では形成層幹細胞の運命を制御するメカニズムの解明を目指し、昨年度までに維管束の発生をシロイヌナズナの子葉で再現できる「分化誘導系VISUAL」を用いたマルチオミクス解析を実施した。結果として植物ホルモンであるサイトカイニン(CK)が候補制御因子として抽出されたが、昨年度開発を完了した1細胞発光イメージングシステム(Shimadzu et al., 2022, QPB)を用いた解析や、VISUALの公開1細胞遺伝子発現データの再解析を本年度実施したところ、予想と反し、CKは形成層幹細胞をその前身である前形成層細胞から確立させる効果を持つことが判明した。
これまで、前形成層細胞は分裂活性こそ低いものの形成層幹細胞と同質の幹細胞であると認識されており、そしてCKは形成層幹細胞の分裂促進因子として知られていた。しかしVISUALを用いた更なる解析で、前形成層細胞は形成層幹細胞とは異なり、篩部分化こそ出来るが木部分化能を持たない細胞であることが分かった。シロイヌナズナの根で発光イメージングを実施したところ、CKは二次成長開始前に一過的な応答上昇を示し、そのタイミングに絞った応答の抑制は、二次成長開始の阻害に十分だった。これらを併せて、二次成長は維管束組織系の幹細胞の変調によって開始し、CKは幹細胞の変調をもたらすことで二次成長開始のスイッチのように機能することが分かった。上記の内容は論文化に向けてまとめを進めている。

報告書

(3件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Sucrose Signaling Contributes to the Maintenance of Vascular Cambium by Inhibiting Cell Differentiation2023

    • 著者名/発表者名
      Narutaki Aoi、Kahar Prihardi、Shimadzu Shunji、Maeda Shota、Furuya Tomoyuki、Ishizaki Kimitsune、Fukaki Hidehiro、Ogino Chiaki、Kondo Yuki
    • 雑誌名

      Plant And Cell Physiology

      巻: 64 号: 12 ページ: 1511-1522

    • DOI

      10.1093/pcp/pcad039

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Spatio-temporal imaging of cell fate dynamics in single plant cells using luminescence microscope2022

    • 著者名/発表者名
      Shimadzu Shunji、Furuya Tomoyuki、Ozawa Yasuko、Fukuda Hiroo、Kondo Yuki
    • 雑誌名

      Quantitative Plant Biology

      巻: 3

    • DOI

      10.1017/qpb.2022.12

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Molecular Mechanisms Underlying the Establishment and Maintenance of Vascular Stem Cells in <i>Arabidopsis thaliana</i>2022

    • 著者名/発表者名
      Shimadzu Shunji、Furuya Tomoyuki、Kondo Yuki
    • 雑誌名

      Plant and Cell Physiology

      巻: 64 号: 3 ページ: 274-283

    • DOI

      10.1093/pcp/pcac161

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Gene co-expression network analysis identifies BEH3 as a stabilizer of secondary vascular development in Arabidopsis2021

    • 著者名/発表者名
      Furuya Tomoyuki、Saito Masato、Uchimura Haruka、Satake Akiko、Nosaki Shohei、Miyakawa Takuya、Shimadzu Shunji、Yamori Wataru、Tanokura Masaru、Fukuda Hiroo、Kondo Yuki
    • 雑誌名

      The Plant Cell

      巻: 33 号: 8 ページ: 2618-2636

    • DOI

      10.1093/plcell/koab151

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 維管束細胞分化を制御する糖シグナル伝達機構の解析2023

    • 著者名/発表者名
      吉田善葵 , 鳴瀧葵 , 島津舜治 , 石崎公庸 , 深城英弘 , 近藤侑貴
    • 学会等名
      第65回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 維管束細胞の分化制御における概日時計関連遺伝子GIの機能解析2023

    • 著者名/発表者名
      阪田真由 , 荒野巧勝 , 島津舜治 , 深城英弘 , 石崎公庸 , 近藤侑貴
    • 学会等名
      第65回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 3 つの異なる組織培養系における植物細胞の脱分化に伴う核小体の発達の顕微鏡観察と薬理学的解析2023

    • 著者名/発表者名
      森川龍 , 米倉崇晃 , 森中初音 , 島津舜治 , 近藤侑貴 , 大林祝 , 杉山宗隆
    • 学会等名
      第65回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 経時的遺伝子発現変化から理解する苔類ゼニゴケの胞子発芽過程2023

    • 著者名/発表者名
      酒井友希 , 島津舜治 , 近藤侑貴 , 深城英弘 , 石崎公庸
    • 学会等名
      第65回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] スクロースシグナリングは細胞分化を阻害することで維管束形成層の維持にはたらく2023

    • 著者名/発表者名
      鳴瀧 葵 , 島津 舜治 , 古谷 朋之 , 深城 英弘 , 石崎 公庸 , 近藤 侑貴
    • 学会等名
      第65回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 維管束幹細胞の確立に関する新たな制御因子の探索と解析2023

    • 著者名/発表者名
      前田 照太, 島津 舜治, 間宮 章仁, 古谷 朋之, 深城 英弘, 石崎 公庸, 近藤 侑貴
    • 学会等名
      第65回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 一過的サイトカイニン応答は二次成長開始のプライミングシグナルとして機能する2023

    • 著者名/発表者名
      島津 舜治, 森 秀世, 古谷 朋之, 小嶋 美紀子, 竹林 裕美子, 伊藤(大橋) 恭子, 石崎 公庸, 朝比奈, 榊原 均, 稲垣 宗一, 角谷 徹仁, 深城 英弘, 福田 裕穂, 近藤 侑貴
    • 学会等名
      第65回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] サイトカイニンは形成層幹細胞の活性化シグナルとして機能する2023

    • 著者名/発表者名
      島津 舜治, 森 秀世, Alif Meem Nurani, 山田 一貴, 柴田 恭美, 古谷 朋之, 伊藤(大橋) 恭子, 石崎 公庸, 深城 英弘, 朝比奈, 稲垣 宗一, 角谷 徹仁, 福田 裕穂, 近藤 侑貴
    • 学会等名
      日本植物学会 第87回大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 維管束細胞の分化制御における概日時計関連遺伝子GIの機能解析2023

    • 著者名/発表者名
      阪田真由, 荒野巧勝, 島津舜治, 深城英弘, 石崎公庸, 近藤侑貴
    • 学会等名
      日本植物学会 第87回大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 維管束幹細胞の確立に関する新たな制御因子の探索と分子機構の解析2023

    • 著者名/発表者名
      前田 照太, 島津 舜治, 古谷 朋之, 深城 英弘, 石崎 公庸, 近藤 侑貴
    • 学会等名
      日本植物学会 第87回大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] スクロースシグナルによる維管束幹細胞制御機構の解析2023

    • 著者名/発表者名
      鳴瀧 葵, 島津 舜治, 古谷 朋之, 深城 英弘, 石崎 公庸, 近藤 侑貴
    • 学会等名
      日本植物学会 第87回大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Visualization of spatiotemporal dynamics of cytokinin responses and its role in secondary growth initiation in Arabidopsis roots2023

    • 著者名/発表者名
      Shunji Shimadzu, Shusei Mori, Alif Meem Nurani , Kazuki Yamada, Kyomi Shibata, Tomoyuki Furuya, Kyoko Ohashi-Ito, Kimitsune Ishizaki, Hidehiro Fukaki, Masashi Asahina, Soichi Inagaki, Tetsuji Kakutani, Hiroo Fukuda, Yuki Kondo
    • 学会等名
      The 33rd International Conference on Arabidopsis Research
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 維管束幹細胞の分裂と分化を制御するサイトカイニンの機能と動態2022

    • 著者名/発表者名
      島津 舜治, Alif Meem Nurani, 森 秀世, 山田 一貴, 柴田 恭美, 古谷 朋之, 伊藤(大橋) 恭子, 石崎 公庸, 深城 英弘, 朝比奈 雅志, 稲垣 宗一, 角谷 徹仁, 福田 裕穂, 近藤 侑貴
    • 学会等名
      日本植物学会第86回大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 維管束幹細胞の分裂と分化を制御する一過的サイトカイニン応答2022

    • 著者名/発表者名
      島津 舜治, 森 秀世, 山田 一貴, 柴田 恭美, 古谷 朋之, 伊藤(大橋) 恭子, 深城 英弘, 朝比奈 雅志, 稲垣 宗一, 角谷 徹仁, 福田 裕穂, 近藤 侑貴
    • 学会等名
      植物化学調節学会第57回大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 発光顕微鏡を用いた細胞運命ダイナミクスの1細胞時空間イメージング2022

    • 著者名/発表者名
      島津舜治, 近藤侑貴
    • 学会等名
      第64回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 維管束幹細胞の運命制御におけるサイトカイニンの機能解析2022

    • 著者名/発表者名
      島津舜治 , ヌラニ・アリフ・ミーム , 山田一貴 , 柴田恭美 , 古谷朋之 , 伊藤(大橋)恭子 , 石崎公庸 , 深城英弘 , 朝比奈雅志 , 福田裕穂 , 近藤侑貴
    • 学会等名
      第63回 日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 位置情報による維管束幹細胞の運命制御2021

    • 著者名/発表者名
      島津舜治 , ヌラニ・アリフ・ミーム , 山田一貴 , 柴田恭美 , 古谷朋之 , 伊藤(大橋)恭子 , 石崎公庸 , 深城英弘 , 朝比奈雅志 , 福田裕穂 , 近藤侑貴
    • 学会等名
      日本植物学会第85回大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2021-05-27   更新日: 2024-12-25  

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