細胞壁再構成をともなう離生細胞間隙形成の分子機構

• 研究領域: 植物細胞壁の情報処理システム
• 研究課題/領域番号: 15H01233
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 石崎 公庸 神戸大学, 理学研究科, 准教授 (00452293)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円); 2016年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2015年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
• キーワード: 植物細胞間隙形成 / 発生 / 進化 / ユビキチンープロテアソーム系 / 植物 / 発生・分化 / シグナル伝達 / プロテオーム / 細胞壁 / 微小管 / 光合成 / コケ植物

研究実績の概要

NOP1の標的タンパク質や制御タンパク質を単離することを目的として、NOP1結合タンパク質を探索し、得られた候補遺伝子について機能欠損変異株を作出し、表現型を解析することで関連遺伝子の同定を試みた。まずNOP1結合タンパク質を同定するため、U-boxドメインを欠失した不活性型NOP1-Citrineを発現する形質転換体を用いて免疫沈降を行い、沈殿物に対して質量分析を行った。その結果、数百に及ぶNOP1結合タンパク質候補が単離された。得られたNOP1結合タンパク質候補に対して様々な情報をもとに、細胞間隙形成と関連のありそうな候補を絞り込んだ。選抜したNOP1相互作用因子候補には微小管や細胞骨格関連因子、セルロース合成酵素関連因子、膜交通関連因子、受容体キナーゼなどが含まれていた。これらのNOP1相互作用因子候補についてCRISPR/Cas9ゲノム編集システムによって機能欠損株の作出を行い、表現型の観察を行ったところ、複数の機能欠損株で基質形成に異常が確認され、NOP1と協働して気室形成に関与する可能性のある因子が複数単離された。その中でも、微小管とセルロース合成酵素の双方に結合して働くことが示唆されているCSI1（CELLULOSE SYNTHASE-INTERACTIVE1）遺伝子のオーソログに着目し、更なる解析を行った。その結果、ゼニゴケCSIの機能欠損株では、気室形成密度が低下すること、気室形成が起こる領域でも形態の異常な気室や気室孔が形成されることが明らかとなった。このことからCSIは正常な気室形成に必要な因子であると考えられ、CSIは微小管と細胞壁合成酵素の制御を介して気室形成を正に制御することが示唆された。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Monash University(オーストリア)
• [国際共同研究] Joint Genome Institute(米国)
• [国際共同研究] Universidad Veracruzana(メキシコ)
• [国際共同研究] Monash University(Australia)
• [国際共同研究] Joint Genome Institute, DOE(米国)
• [国際共同研究] Gregor Mendel Institute(Austria)
• [国際共同研究] University of Oxford/University of Cambridge(United Kingdom)
• [雑誌論文] Evolution of land plants: insights from molecular studies on basal lineages. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ishizaki, K.
  • 雑誌名: Biosci. Biotechnol. Biochem. 巻: 81 号: 1 ページ: 73-80
  • DOI: 10.1080/09168451.2016.1224641
  • NAID: 120005970765
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] An evolutionary conserved plant RKD factor controls germ cell differentiation. (2016)
  • 著者名/発表者名: Koi, S., Hisanaga, T., Sato, K., Shimamura, M., Yamato, K.T., Ishizaki, K., Kohchi, T. and Nakajima, K.
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 26 号: 13 ページ: 1775-1781
  • DOI: 10.1016/j.cub.2016.05.013
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Evolutionary analysis of iron (Fe) acquisition system in Marchantia polymorpha. (2016)
  • 著者名/発表者名: Lo, J.C., Tsednee, M., Yang, S.C., Hu, J.M., Ishizaki, K., Kohchi, T., Lee, D.C. and Yeh, K.C.
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 221 号: 2 ページ: 569-583
  • DOI: 10.1111/nph.13922
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Phytochrome signaling is mediated by PHYTOCHROME INTERACTING FACTOR in the liverwort Marchantia polymorpha. (2016)
  • 著者名/発表者名: Inoue, K., Nishihama, R., Kataoka, H., Hosaka, M., Manabe, R., Nomoto, M., Tada, Y., Ishizaki, K. and Kohchi, T.
  • 雑誌名: Plant Cell 巻: 28 ページ: 1406-1421
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular Genetic Tools and Techniques for Marchantia polymorpha Research (2016)
  • 著者名/発表者名: Kimitsune Ishizaki, Ryuichi Nishihama, Katsuyuki T. Yamato and Takayuki Kohchi
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 57(2) 号: 2 ページ: 262-270
  • DOI: 10.1093/pcp/pcv097
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] SNARE Molecules in Marchantia polymorpha: Unique and Conserved Features of the Membrane Fusion Machinery. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kanazawa, T., Era, A., Minamino, N., Shikano, Y., Fujimoto, M., Uemura, T., Nishihama, R., Yamato, KT., Ishizaki, K., Nishiyama, T., Kohchi, T., Nakano, A., Ueda, T.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 57 号: 2 ページ: 307-24
  • DOI: 10.1093/pcp/pcv076
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] RSL class I genes controlled the development of epidermal structures in the common ancestor of land plants. (2016)
  • 著者名/発表者名: Proust, H., Honkanen, S., Jones, V.A., Morieri, G., Prescott, H., Kelly, S., Ishizaki, K., Kohchi, T. and Dolan, L.
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 26 号: 1 ページ: 93-99
  • DOI: 10.1016/j.cub.2015.11.042
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Auxin produced by the indole-3-pyruvic acid pathway regulates development and gemmae dormancy in the liverwort Marchantia polymorpha. (2016)
  • 著者名/発表者名: Eklund, D.M., Ishizaki, K., Flores-Sandoval, E., Kikuchi, S., Takebayashi, Y., Tsukamoto, S., Hirakawa, Y., Nonomura, M., Kato, H., Kouno, M., Bhalerao, R.P., Lagercrantz, U., Kasahara, H., Kohchi, T. and Bowman, J.L.
  • 雑誌名: The Plant Cell 巻: 27 号: 6 ページ: 1650-69
  • DOI: 10.1105/tpc.15.00065
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Development of Gateway binary vector series with four different selection markers for the liverwort Marchantia polymorpha. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ishizaki, K., Nishihama, R., Ueda, M., Inoue, K., Ishida, S., Nishimura., Y., Shikanai, T., Kohchi, T
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 10 号: 9 ページ: e0138876-e0138876
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0138876
  • NAID: 120005715313
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of schizogenous intercellular spaces in plants. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ishizaki, K.
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 6 ページ: 497-497
  • DOI: 10.3389/fpls.2015.00497
  • NAID: 120005822569
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Auxin-mediated transcriptional system with a minimal set of components is critical for morphogenesis through the life cycle in Marchantia polymorpha (2015)
  • 著者名/発表者名: Kato, H., Ishizaki, K., Kouno, M., Shirakawa, M., Bowman, J.L., Nishihama, R., and Kohchi, T.
  • 雑誌名: PLOS Genet. 巻: In press 号: 5 ページ: e1005084-e1005084
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1005084
  • NAID: 120005672595
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] ゼニゴケ無性芽の休眠に関連するbHLH遺伝子の機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 吉川実樺子，塚本成幸，深城英弘，三村徹郎，竹澤大輔，坂田洋一，石崎公庸
  • 学会等名: 第58回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 鹿児島大学郡元キャンパス（鹿児島県・鹿児島市）
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] ゼニゴケ配偶体の幹細胞増殖を制御するメカニズム (2016)
  • 著者名/発表者名: 石崎公庸
  • 学会等名: 日本植物学会 第80回大会シンポジウム
  • 発表場所: 沖縄コンベンションセンター（沖縄・宜野湾市）
  • 年月日: 2016-09-17
  • 招待講演
• [学会発表] ゼニゴケの発生・形態形成におけるROS生成酵素Rbohの機能解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 橋本研志, 木村貴史, 籔田渉二, 山田融, 賀屋秀隆, 北畑信隆, 西浜竜一, 石崎公庸, 河内孝之, 朽津和幸
  • 学会等名: 日本植物学会 第80回大会
  • 発表場所: 沖縄コンベンションセンター（沖縄・宜野湾市）
  • 年月日: 2016-09-16
• [学会発表] Molecular genetics of gemma and gemma-cup development in the liverwort Marchantia polymorpha (2016)
  • 著者名/発表者名: Ishizaki, K.
  • 学会等名: EMBO workshop "New model systems for early land plant evolution"
  • 発表場所: Gregor Mendel Institute, Vienna, Austria
  • 年月日: 2016-06-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Conserved mechanism for secondary meristem formation in land plants (2016)
  • 著者名/発表者名: Kimitsune Ishizaki
  • 学会等名: 第57回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 岩手大学（岩手県・盛岡市）
  • 年月日: 2016-03-18
  • 招待講演
• [学会発表] Screen for regulatory proteins of schizogenous intercellular space formation in Marchantia polymorpha by using mass spectrometry and the CRISPR/Cas9 genome editing technology. (2016)
  • 著者名/発表者名: Miya Mizutani; Kimitsune Ishizaki; Yoichiro Fukao; Masayuki Fujiwara; Akihide Masuda; Ryuichi Nishihama; Takayuki Kohchi
  • 学会等名: 第57回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 岩手大学（岩手県・盛岡市）
  • 年月日: 2016-03-18
• [学会発表] Functional characterization of GCAM1, an R2R3-MYB essential for the development of gemma cup in the liverwort Marchantia polymorpha. (2016)
  • 著者名/発表者名: Shigeyuki Tsukamoto; Tomomi Sugaya; Katsuyuki T. Yamato; Ryuichi Nishihama; Hiroyoshi Kubo; Hidehiro Fukaki; Tetsuro Mimura; Takayuki Kohchi; Kimitsune Ishizaki
  • 学会等名: 第57回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 岩手大学（岩手県・盛岡市）
  • 年月日: 2016-03-18
• [学会発表] Characterization of KARAPPO, an essential gene for gemma formation in Marchantia polymorpha. (2016)
  • 著者名/発表者名: Takuma Hiwatashi; Katsushi Yamaguchi; Shuji Shigenobu; Shinichiro Sawa; Hiroyuki Kirita; Hidehiro Fukaki; Tetsuro Mimura; Takayuki Kohchi; Kimitsune Ishizaki
  • 学会等名: 第57回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 岩手大学（岩手県・盛岡市）
  • 年月日: 2016-03-18
• [学会発表] An ancient regulatory mechanism for secondary meristem formation in land plants (2015)
  • 著者名/発表者名: Kimitsune Ishizaki
  • 学会等名: Towards Increased Plant Productivity through Understanding of Environmental Responses and Epigenetic Regulation
  • 発表場所: 理研、横浜キャンパス（神奈川県・横浜市）
  • 年月日: 2015-11-24
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 神戸大学理学研究科生物学専攻 石崎研究室ホームページ
  • URL: http://www.research.kobe-u.ac.jp/fsci-ishizaki/publication.html