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変異株の表現型のゆらぎに注目した植物の上下軸形成機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 23K14204
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

木全 祐資  東北大学, 生命科学研究科, 助教 (10893307)

研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2025年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2024年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2023年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
キーワード体軸形成 / 細胞極性 / トランスクリプトーム / シロイヌナズナ / ライブイメージング
研究開始時の研究の概要

体軸形成は多細胞生物の発生の根幹をなす過程である。応募者らは、植物の受精卵内部のライブイメージングに世界に先駆けて成功した。これによって、細胞内の様々な動態が受精卵の不等分裂を駆動することを見出した。しかしながら、「細胞内の各動態はどんな因子によって制御されるのか」という詳細な機構はいまだ謎に包まれている。
そこで本研究では、表現型のゆらぎが大きい変異株でのトランスクリプトーム解析で未知の制御因子を網羅的に探索する。さらに、詳細なライブイメージングを組み合わせ、新規因子の機能を解明する。以上の解析を通して、「どんな因子が・いつ・何を・どのように制御することで不等分裂に至るか」を明らかにする。

研究実績の概要

本研究では、植物の体軸形成の起点である受精卵の不等分裂を制御する新規因子を同定し、その機能を解明することを目的とした。1年目は、不等分裂の表現型にゆらぎが大きいwrky2単一欠損株の胚を単離し、単一胚レベルでのRNA-seq解析を実施することを目指した。従来用いていた細胞単離法では若い時期の受精卵の回収が困難であったため、方法の改良が必要となった。胚珠の酵素処理条件などを検討したが、受精卵を単独で胚珠から取り出すことはできなかった。そこで、受精卵を単独で取り出す代わりに、受精卵の周辺を含めた胚珠の一部分を手動でトリミングすることによって回収できることを見出したので、現在その方法を用いて受精卵を回収し、RNA-seqライブラリーの作成を進めている。
また、並行して進めていたwrky2 hdg11/12三重変異株のRNA-seqデータから発現量が低下する遺伝子を選抜して、その欠損株の表現型を観察した。その結果、シトクロムp450をコードする遺伝子の変異株などで受精卵の不等分裂が損なわれた。次年度移行、これらの変異株に微小管マーカーなどを導入してライブイメージングすることで、不等分裂が損なわれる原因を探る。また、特定の分泌型ペプチドをコードするファミリーの中で、特異的にある単一の遺伝子のみが受精後に高発現することも見出した。この遺伝子についてはストックセンターに変異株が存在しないので、CRISPR-Cas9によるゲノム編集を用いて欠損株を作出する準備を進めている。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

本年度中にwrky2変異株のRNA-seqデータを取得する計画であったが、若い時期の受精卵の単離が難航したため、RNA-seq解析は実施できなかった。しかしながら、すでに周辺組織も残した状態であれば受精卵を回収できることを見出したので、細胞を十分な数回収でき次第、RNA-seq解析に供与する。

今後の研究の推進方策

wrky2変異株のRNA-seqデータが得られれば、表現型の強さと遺伝子発現を対応させ、細胞の長さや核の位置に連動して発現変動する遺伝子を探索する。それらの遺伝子の変異株を観察することで、不等分裂に寄与する遺伝子を同定する。

報告書

(1件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Comprehensive and quantitative analysis of intracellular structure polarization at the apical?basal axis in elongating Arabidopsis zygotes2023

    • 著者名/発表者名
      Hiromoto Yukiko、Minamino Naoki、Kikuchi Suzuka、Kimata Yusuke、Matsumoto Hikari、Nakagawa Sakumi、Ueda Minako、Higaki Takumi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 13 号: 1 ページ: 22879-22879

    • DOI

      10.1038/s41598-023-50020-8

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Novel inhibitors of microtubule organization and phragmoplast formation in diverse plant species2023

    • 著者名/発表者名
      Kimata Yusuke、Yamada Moe、Murata Takashi、Kuwata Keiko、Sato Ayato、Suzuki Takamasa、Kurihara Daisuke、Hasebe Mitsuyasu、Higashiyama Tetsuya、Ueda Minako
    • 雑誌名

      Life Science Alliance

      巻: 6 号: 5 ページ: e202201657-e202201657

    • DOI

      10.26508/lsa.202201657

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] ゼニゴケ受精卵のライブイメージングで探る体軸形成の進化2024

    • 著者名/発表者名
      藤森 茜、中村 聡汰、岡村 陽介、木全 祐資、植田 美那子
    • 学会等名
      日本植物生理学会 第65回年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Quantification of zygote polarization dynamics for body axis formation in Arabidopsis2023

    • 著者名/発表者名
      "Yukiko Hiromoto, Yusuke Kimata, Hikari Matsumoto, Sakumi Nakagawa, Zichen Kang, Tomonobu Nonoyama, Yukitaka Ishimoto, Satoru Tsugawa, Yuuki Matsushita, Naoya Kamamoto, Koichi Fujimoto, Takumi Higaki, Minako Ueda"
    • 学会等名
      The 33rd International Conference on Arabidopsis Research (ICAR2023)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Novel plant cell division inhibitors identified by chemical screening using Arabidopsis zygote2023

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Kimata, Moe Yamada, Takashi Murata, Keiko Kuwata, Ayato Sato, Takamasa Suzuki, Daisuke Kurihara, Mitsuyasu Hasebe, Tetsuya Higashiyama, Minako Ueda
    • 学会等名
      The 33rd International Conference on Arabidopsis Research (ICAR2023)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] シロイヌナズナ受精卵における頂端-基部軸上の細胞内構造分布の定量的解析2023

    • 著者名/発表者名
      弘本 悠紀子、木全 祐資、松本 光梨、中川 朔未、植田 美那子、檜垣 匠
    • 学会等名
      日本植物学会第87回大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] ライブイメージングを用いたゼニゴケ受精卵の非対称分裂を制御する仕組みの解明2023

    • 著者名/発表者名
      藤森 茜、中村 聡汰、岡村 陽介、木全 祐資、植田 美那子
    • 学会等名
      日本植物学会第87回大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] ゼニゴケ受精卵のライブイメージングで探る体軸形成機構の進化2023

    • 著者名/発表者名
      木全 祐資、藤森 茜、中村 聡汰、佐藤 良勝、岡村 陽介、植田 美那子
    • 学会等名
      日本植物学会第87回大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書

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公開日: 2023-04-13   更新日: 2024-12-25  

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