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花弁基部の細胞動態に注目した脱離制御機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 23K27195
補助金の研究課題番号 23H02503 (2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2023)
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

研究代表者

山口 暢俊  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (90767899)

研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
18,850千円 (直接経費: 14,500千円、間接経費: 4,350千円)
2025年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2024年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2023年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
キーワードシロイヌナズナ / 花 / ジャスモン酸 / オートファジー / 植物 / 花弁脱離 / 遺伝子発現 / エピゲノム / 花発生
研究開始時の研究の概要

現在、ジャスモン酸のシグナル伝達で中心的な役割を果たすMYC転写因子の下流の遺伝子に注目している。NAC以外にも、STPやTCPなど、花弁の脱離時期に発現が上がってくる遺伝子を多く見出している。変異体の解析を通して、その脱離における重要性を評価する。ジャスモン酸だけでなく、エチレンも同様の脱離効果をもたらす。これを制御する分子基盤を解明する。

研究実績の概要

植物の花弁は適切な時期に脱離するように遺伝的にプログラムされている。花弁の脱離は、ジャスモン酸などやエチレンの植物ホルモンが制御することがよく知られているが、どの因子がどの細胞に構造的な変化をもたらして花弁の脱離を実行するのか?という分子基盤は不明であった。私は転写因子AGAMOUS(AG)がジャスモン酸の合成酵素をコードする遺伝子を転写したあとに起こる変化に注目した。花弁の基部細胞にジャスモン酸が蓄積すると、花弁基部の細胞の性質が変化を開始する。MYC転写因子がTPLリプレッサーによる抑制から解除され、PolIIの働きで、下流のNAC102遺伝子を転写する。このNAC型転写因子NAC102はオートファジーを制御するATG遺伝子群の転写を促して細胞を分化させて、器官を脱離させる。脱離が正常におこる野生型では、オートファゴソームが形成され、花弁基部細胞の細胞死、活性酸素の蓄積などが見られる。一方で、脱離が遅れるag変異体やジャスモン酸の蓄積量が減る変異体やシグナル伝達ができない変異体では、オートファゴソームの形成が遅れるだけでなく、花弁基部細胞の細胞死、活性酸素の蓄積などにも遅延が見られた。これらの解析により、花弁基部の脱離は、ジャスモン酸によって誘導されるオートファジーによって引き起こされる可能性が考えられた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

植物の花弁は適切な時期に脱離するように遺伝的にプログラムされている。花弁の脱離は、ジャスモン酸などやエチレンの植物ホルモンが制御することがよく知られているが、どの因子がどの細胞に構造的な変化をもたらして花弁の脱離を実行するのか?という分子基盤は不明であった。私は転写因子AGAMOUS(AG)がジャスモン酸の合成酵素をコードする遺伝子を転写したあとに起こる変化に注目した。花弁の基部細胞にジャスモン酸が蓄積すると、花弁基部の細胞の性質が変化を開始する。MYC転写因子がTPLリプレッサーによる抑制から解除され、PolIIの働きで、下流のNAC102遺伝子を転写する。このNAC型転写因子NAC102はオートファジーを制御するATG遺伝子群の転写を促して細胞を分化させて、器官を脱離させる。脱離が正常におこる野生型では、オートファゴソームが形成され、花弁基部細胞の細胞死、活性酸素の蓄積などが見られる。一方で
、脱離が遅れるag変異体やジャスモン酸の蓄積量が減る変異体やシグナル伝達ができない変異体では、オートファゴソームの形成が遅れるだけでなく、花弁基部細胞の細胞死、活性酸素の蓄積などにも遅延が見られた。これらの解析により、花弁基部の脱離は、ジャスモン酸によって誘導されるオートファジーによって引き起こされる可能性が考えられた。成果をFuruta et al., 2024(Nature Com)に公表した。残りの補助期間では、この遺伝子経路以外で、花弁を脱離させるネットワークを解析する。

今後の研究の推進方策

現在、ジャスモン酸のシグナル伝達で中心的な役割を果たすMYC転写因子の下流の遺伝子に注目している。NAC以外にも、STPやTCPなど、花弁の脱離時期に発現が上がってくる遺伝子を多く見出している。変異体の解析を通して、その脱離における重要性を評価する。ジャスモン酸だけでなく、エチレンも同様の脱離効果をもたらす。これを制御する分子基盤を解明する。

報告書

(1件)
  • 2023 実績報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 5件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 9件)

  • [雑誌論文] Petal abscission is promoted by jasmonic acid-induced autophagy at Arabidopsis petal bases2024

    • 著者名/発表者名
      Furuta Yuki、Yamamoto Haruka、Hirakawa Takeshi、Uemura Akira、Pelayo Margaret Anne、Iimura Hideaki、Katagiri Naoya、Takeda-Kamiya Noriko、Kumaishi Kie、Shirakawa Makoto、Ishiguro Sumie、Ichihashi Yasunori、Suzuki Takamasa、Goh Tatsuaki、Toyooka Kiminori、Ito Toshiro、Yamaguchi Nobutoshi
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 15 号: 1 ページ: 1098-1098

    • DOI

      10.1038/s41467-024-45371-3

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Plant Molecular Phenology and Climate Feedbacks Mediated by BVOCs2024

    • 著者名/発表者名
      Satake Akiko、Hagiwara Tomika、Nagano Atsushi J.、Yamaguchi Nobutoshi、Sekimoto Kanako、Shiojiri Kaori、Sudo Kengo
    • 雑誌名

      Annual Review of Plant Biology

      巻: 75 号: 1 ページ: 605-627

    • DOI

      10.1146/annurev-arplant-060223-032108

    • 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] Old school, new rules: floral meristem development revealed by 3D gene expression atlases and high-resolution transcription factor?chromatin dynamics2023

    • 著者名/発表者名
      Pelayo Margaret Anne、Yamaguchi Nobutoshi
    • 雑誌名

      Frontiers in Plant Science

      巻: 14

    • DOI

      10.3389/fpls.2023.1323507

    • 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] Beyond heat waves: Unlocking epigenetic heat stress memory in <i>Arabidopsis</i>2023

    • 著者名/発表者名
      Nishio Haruki、Kawakatsu Taiji、Yamaguchi Nobutoshi
    • 雑誌名

      Plant Physiology

      巻: 194 号: 4 ページ: 1934-1951

    • DOI

      10.1093/plphys/kiad558

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] SHI family transcription factors regulate an interspecific barrier2023

    • 著者名/発表者名
      Fujii Sota、Yamamoto Eri、Ito Seitaro、Tangpranomkorn Surachat、Kimura Yuka、Miura Hiroki、Yamaguchi Nobutoshi、Kato Yoshinobu、Niidome Maki、Yoshida Aya、Shimosato-Asano Hiroko、Wada Yuko、Ito Toshiro、Takayama Seiji
    • 雑誌名

      Nature Plants

      巻: 9 号: 11 ページ: 1862-1873

    • DOI

      10.1038/s41477-023-01535-5

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Transcriptional Regulators of Plant Adaptation to Heat Stress2023

    • 著者名/発表者名
      Wang Xuejing、Tan Nicholas Wui Kiat、Chung Fong Yi、Yamaguchi Nobutoshi、Gan Eng-Seng、Ito Toshiro
    • 雑誌名

      International Journal of Molecular Sciences

      巻: 24 号: 17 ページ: 13297-13297

    • DOI

      10.3390/ijms241713297

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Seed Halopriming: A Promising Strategy to Induce Salt Tolerance in Indonesian Pigmented Rice2023

    • 著者名/発表者名
      Purwestri Yekti Asih、Nurbaiti Siti、Putri Sekar Pelangi Manik、Wahyuni Ignasia Margi、Yulyani Siti Roswiyah、Sebastian Alfino、Nuringtyas Tri Rini、Yamaguchi Nobutoshi
    • 雑誌名

      Plants

      巻: 12 号: 15 ページ: 2879-2879

    • DOI

      10.3390/plants12152879

    • 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] The regulation of chromatin configuration at <i>AGAMOUS</i> locus by LFR‐SYD‐containing complex is critical for reproductive organ development in Arabidopsis2023

    • 著者名/発表者名
      Lin Xiaowei、Yuan Tingting、Guo Hong、Guo Yi、Yamaguchi Nobutoshi、Wang Shuge、Zhang Dongxia、Qi Dongmei、Li Jiayu、Chen Qiang、Liu Xinye、Zhao Long、Xiao Jun、Wagner Doris、Cui Sujuan、Zhao Hongtao
    • 雑誌名

      The Plant Journal

      巻: 116 号: 2 ページ: 478-496

    • DOI

      10.1111/tpj.16385

    • 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] AGAMOUS regulates various target genes via cell cycle?coupled H3K27me3 dilution in floral meristems and stamens2023

    • 著者名/発表者名
      Pelayo Margaret Anne、Morishita Fumi、Sawada Haruka、Matsushita Kasumi、Iimura Hideaki、He Zemiao、Looi Liang Sheng、Katagiri Naoya、Nagamori Asumi、Suzuki Takamasa、?irl Marek、Soukup Ale?、Satake Akiko、Ito Toshiro、Yamaguchi Nobutoshi
    • 雑誌名

      The Plant Cell

      巻: - 号: 8 ページ: 2821-2847

    • DOI

      10.1093/plcell/koad123

    • 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 / 国際共著

URL: 

公開日: 2023-04-18   更新日: 2024-12-25  

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