根の成長における活性酸素種による情報統御

• 研究課題/領域番号: 23870012
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 植物分子生物・生理学
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 塚越 啓央 名古屋大学, 高等研究院(農), 特任講師 (30594056)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2012年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2011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: 根端メリステム / 活性酸素種 / 転写因子細胞周期 / 転写因子 / 細胞周期 / 転写制御 / 細胞機能転換 / 活性酸素 / 発生発達 / 根端成長

研究概要

根の成長における活性酸素(ROS)による情報統御を目指し、根端での細胞周期遺伝子群への発現影響を分子遺伝学的な解析を進めた。ROSの一種である過酸化水素によってシロイヌナズナの根の成長は顕著に阻害を受ける。そこで過酸化水素が細胞周期のS期もしくはM期どちらの遺伝子発現制御に大きく影響を与えるかを解析した。過酸化水素処理により根端メリステムサイズが小さくなることからM期進行が抑制されていると推測された。実際にM期マーカーであるCyclinB1;1マーカーラインの発現は過酸化水素処理によって顕著に抑制されていた。さらにDAPIにより核を染色し、M期中期、後期の根端における細胞数を数えたところ、過酸化水素処理ではM期中期、後期の細胞数も減少していた。また、S期進行の指標となるDNAの複製イベントを可視化する為にBrdUによる染色実験を行ったところ、過酸化水素処理によりBrdU染色レベルも減少していることが分かった。以上の結果から、過酸化水素は根端においてS期、M期両イベントの進行を抑制していることが強く示唆された。これらの結果を受け、S期、M期チェックポイントに重要な機能を持つ遺伝子群の発現をq-PCR法により定量した。その結果、染色実験と同様に過酸化水素はそれら遺伝子発現を抑制していることがわかった。特にS期進行に重要な役割を果たす転写因子E2Faの発現は顕著に抑制されていた。細胞内のROSレベルを変化させる為にペルオキシダーゼ過剰発現株とカタラーゼ遺伝子破壊株を用い同様の実験を行ったところ、E2Faの発現はペルオキシダーゼ過剰発現株では野生型株より高かった。以上のことから細胞内ROSレベルは細胞周期関連遺伝子群の発現に影響を与えることにより根端メリステムサイズを調節していることを明らかにし、論文として発表した(Tsukagoshi, Plant Sci. 2012)

研究成果

• [雑誌論文] Defective root growth triggered by oxidative stress is controlled through the expression of cell cycle-related genes (2012)
  • 著者名/発表者名: Tsukagoshi H
  • 雑誌名: Plant Sci 巻: 197 ページ: 30-39
  • 査読あり
• [雑誌論文] 植物の根のサイズ決定に関わる分子メカニズム. (2012)
  • 著者名/発表者名: 塚越啓央
  • 雑誌名: 化学と生物 巻: 50 ページ: 255-261
  • NAID: 10030819419
• [雑誌論文] Defective root growth triggered by oxidative stress is controlled through the expression of cell cycle-related genes. (2012)
  • 著者名/発表者名: Hironaka Tsukagoshi
  • 雑誌名: Plant science 巻: 197 ページ: 30-39
  • DOI: 10.1016/j.plantsci.2012.08.011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cell identity regulators link development and stress responses in the Arabidopsis root (2011)
  • 著者名/発表者名: Iyer-Pascuzzi AS, Jackson T, Cui H, Petricka JJ, Busch W, Tsukagoshi H, Benfey PN.
  • 雑誌名: Dev. Cell 巻: 21 ページ: 770-782
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cell identity regulators link development and stress responses in the Arabidopsis root (2011)
  • 著者名/発表者名: Lyer-Pscuzzi, AS., Jackson, T., Cui, H., Petricka, JJ., Busch, W., Tsukagoshi, H., Benfey, PN.
  • 雑誌名: Developmental cell 巻: 21 号: 4 ページ: 770-782
  • DOI: 10.1016/j.devcel.2011.09.009
  • 査読あり
• [学会発表] Defective root growth caused by oxidative stress is regulated through the expression of cell cycle-related genes (2013)
  • 著者名/発表者名: Tsukagoshi H.
  • 学会等名: 第54回日本植物生理学会
  • 発表場所: 岡山
• [学会発表] UPB1 controls transition from proliferation to differentiation in the root via ROS (2013)
  • 著者名/発表者名: Tsukagoshi H, Busch W, Benfey P.N.
  • 学会等名: 第53回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 京都
• [学会発表] Defective root growth caused by oxidative stress is regulated through the expression of cell cycle-related genes. (2013)
  • 著者名/発表者名: Hironaka Tsukagoshi
  • 学会等名: 第５４回日本植物生理学会
  • 発表場所: 岡山
• [学会発表] UPB1 controls transition from proliferation to differentiation in the root via ROS (2012)
  • 著者名/発表者名: 塚越啓央
  • 学会等名: 第53回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 京都産業大学(京都)
  • 年月日: 2012-03-16
• [学会発表] Analysis of the ROS signaling that affects the root growth (2012)
  • 著者名/発表者名: Tsukagoshi H, Busch W, Benfey P.N.
  • 学会等名: The 23th International Conference on Arabidopsis Research (ICAR)
  • 発表場所: Vienna, Austria
• [学会発表] ANALYSIS OF THE ROS SIGNALING THAT AFFECT THE ROOT GROWTH (2012)
  • 著者名/発表者名: Hironaka Tsukagoshi
  • 学会等名: The 23th International Conference on Arabidopsis Research (ICAR)
  • 発表場所: Vienna, Austria
• [学会発表] UPB1, which controls transition from proliferation to differentiation in the root tip (2011)
  • 著者名/発表者名: 塚越啓央
  • 学会等名: Intenational symposium, Strategies of Plants against Global environmental change
  • 発表場所: 倉敷市芸文館(岡山)(招待講演)
  • 年月日: 2011-12-10
• [学会発表] 植物根端から分化への移行を制御する新奇転写因子UP BEAT1 (2011)
  • 著者名/発表者名: 塚越啓央
  • 学会等名: 日本植物学会第75回大会
  • 発表場所: 東京大学(東京)(招待講演)
  • 年月日: 2011-09-17
• [学会発表] 植物根端の細胞分裂から細胞分化への移行を調節する転写因子UP BEAT1の解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 塚越啓央
  • 学会等名: 阿蘇フロンティアサミット
  • 発表場所: 阿蘇グランヴィリホテル(熊本)(招待講演)
  • 年月日: 2011-08-23
• [学会発表] UPB1, which controls transition from proliferation to differentiation in the root tip (2011)
  • 著者名/発表者名: Tsukagoshi H
  • 学会等名: International Symposium, Strategies of Plants against Global Environmental Change
  • 発表場所: 倉敷
• [学会発表] 植物根端における細胞分裂から分化への移行を制御する新奇転写因子UP BEAT1 (2011)
  • 著者名/発表者名: Tsukagoshi H, Busch W, Benfey P.N.
  • 学会等名: 日本植物学会第75回大会シンポジウム「根の発生の分子機構」
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] UPB1,植物根端の細胞分裂から細胞分化への移行を調節する転写因子UP BEAT1の解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: Tsukagoshi H, Busch W, Benfey P.N
  • 学会等名: 岡田学術創成研究費 阿蘇フロンティアサミットシンポジウム、植物の形作りの明日を語る
  • 発表場所: 阿蘇
• [備考]
  • URL: http://hiroarabidoros.the-ninja.jp
• [備考] HIRO's web
  • URL: http://hiroarabidoros.the-ninja.jp
• [備考]
  • URL: http://hiroarabidoros.the-ninja.jp/