オーキシンによる多能性幹細胞形成機構の解明

• 研究領域: 植物の生命力を支える多能性幹細胞の基盤原理
• 研究課題/領域番号: 18H04836
• 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
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 西浜 竜一 京都大学, 生命科学研究科, 准教授 (70283455)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円); 2019年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2018年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
• キーワード: オーキシン / 頂端細胞 / 多能性幹細胞 / ゼニゴケ / 幹細胞新生 / Marchantia polymorpha / 全能性 / 多能性

研究実績の概要

苔類ゼニゴケにおいてオーキシン信号伝達を阻害すると、無秩序な細胞分裂を繰り返す。そこでオーキシンの作用により多能性幹細胞が規定されるとの仮説をたて、その分子機構を明らかにすることを目的として研究を行った。
ゼニゴケ唯一のオーキシン受容体MpTIR1を欠損させて生じた細胞塊のRNA-seq解析を行い、この細胞塊は幹細胞性の集団であることを明らかにした。また、オーキシン低感受性変異体として単離した、MpAMP1およびそれと関連した機能をもつMpCYP78の変異体も分化能の著しく低下した細胞塊となり、さらにオーキシン応答性遺伝子発現を促進させる遺伝的操作により葉状体形成能が再獲得されたことから、MpAMP1、MpCYP78両酵素はオーキシン応答を促進する物質を生成する可能性が示唆された。さらに、転写活性化型MpARF1と転写抑制型MpARF2は、ともに幹細胞領域において発現が低いこと、これらは幹細胞形成において拮抗的に機能することを明らかにした。以上の結果から、多能性幹細胞は異なるオーキシン応答性をもつ領域を区分けすることで形成され、低いオーキシン応答性をもつ領域が多能性幹細胞として機能することが示唆された。
MpARF1とMpARF2の誘導過剰発現株を用いてRNA-seq解析を行い、拮抗的制御を受ける遺伝子を同定した。また再生機構の研究から、幹細胞領域で特異的に発現する転写因子を同定した。詳細なオーキシンによる幹細胞形成機構を明らかにする上で重要な因子を同定することができた。また高速に核を単離する手法の確立に成功し、MpARFや修飾ヒストンなどのゲノム分布の解析やATAC-seqを行う基盤が整った。
発生学的な知見として、細胞系譜内で器官が形成される他のコケ植物とは異なり、葉状性のゼニゴケでは位置情報が器官形成を制御することを解明した（Suzuki et al. 2020）。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元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] University of Bristol(英国)
• [国際共同研究] Max Planck Institute(ドイツ)
• [国際共同研究] Wageningen University(オランダ)
• [国際共同研究] Wageningen University(オランダ)
• [国際共同研究] University of Bristol(英国)
• [国際共同研究] Universidad Veracruzana, INBIOTECA(メキシコ)
• [雑誌論文] Positional cues regulate dorsal organ formation in the liverwort Marchantia polymorpha (2020)
  • 著者名/発表者名: Suzuki H, Harrison CJ, Shimamura M, Kohchi T, Nishihama R
  • 雑誌名: J Plant Res. 巻: 133 号: 3 ページ: 311-321
  • DOI: 10.1007/s10265-020-01180-5
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Kinase in the liverwort Marchantia polymorpha; A photosynthesis-dependent kinase for carbon metabolism (2020)
  • 著者名/発表者名: Koide E, Suetsugu N, Iwano M, Gotoh E, Nomura Y, Stolze SC, Nakagami H, Kohchi T, Nishihama R
  • 雑誌名: Plant Cell & Physiology 巻: 61 号: 3 ページ: 631-643
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz232
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Regulation of the Poly(A) Status of Mitochondrial mRNA by Poly(A)-Specific Ribonuclease Is Conserved among Land Plants (2019)
  • 著者名/発表者名: Kanazawa Mai、Ikeda Yoko、Nishihama Ryuichi、Yamaoka Shohei、Lee Nam-Hee、Yamato Katsuyuki T、Kohchi Takayuki、Hirayama Takashi
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 61 号: 3 ページ: 470-480
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz212
  • NAID: 120006900804
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Isolation of Natural Fungal Pathogens from Marchantia polymorpha Reveals Antagonism between Salicylic Acid and Jasmonate during Liverwort?Fungus Interactions (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsui Hidenori、Iwakawa Hidekazu、Hyon Gang-Su、Yotsui Izumi、Katou Shinpei、Monte Isabel、Nishihama Ryuichi、Franzen Rainer、Solano Roberto、Nakagami Hirofumi
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 61 号: 2 ページ: 265-275
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz187
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] GEMMA CUP-ASSOCIATED MYB1, an ortholog of axillary meristem regulators, is essential in vegetative reproduction in Marchantia polymorpha. (2019)
  • 著者名/発表者名: Yasui Y, Tsukamoto S, Sugaya T, Nishihama R, Wang Q, Kato H, Yamato KT, Fukaki H, Mimura T, Kubo H, Theres K, Kohchi T, Ishizaki K.
  • 雑誌名: Curr Biol. 巻: 29 号: 23 ページ: 3987-3995
  • DOI: 10.1016/j.cub.2019.10.004
  • NAID: 120006773950
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A conserved regulatory mechanism mediates the convergent evolution of plant shoot lateral organs. (2019)
  • 著者名/発表者名: Naramoto S, Jones VAS, Nicola, N, Sato M,Toyooka K, Shimamura M, Ishida S, Nishitani K,Ishizaki K, Nishihama R, Kohchi T, Dolan L, Kyozuka J.
  • 雑誌名: PLoS Biology 巻: 17 号: 12 ページ: 12-12
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.3000560
  • NAID: 120006813343
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cytokinin signaling coordinates development of diverse organs in Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Aki Shiori S.、Nishihama Ryuichi、Kohchi Takayuki、Umeda Masaaki
  • 雑誌名: Plant Signaling & Behavior 巻: 14 号: 11 ページ: 1668232-1668232
  • DOI: 10.1080/15592324.2019.1668232
  • NAID: 120006731887
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phytochrome and light signaling in Marchantia (2019)
  • 著者名/発表者名: Inoue K, Nishihama R, Kohchi T
  • 雑誌名: Methods Mol. Biol. 巻: 2026 ページ: 215-223
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-9612-4_18
  • ISBN: 9781493996117, 9781493996124
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cytokinin signaling is essential for organ formation in Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Aki Shiori S、Mikami Tatsuya、Naramoto Satoshi、Nishihama Ryuichi、Ishizaki Kimitsune、Kojima Mikiko、Takebayashi Yumiko、Sakakibara Hitoshi、Kyozuka Junko、Kohchi Takayuki、Umeda Masaaki
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 60 号: 8 ページ: 1842-1854
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz100
  • NAID: 120006711216
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of proliferation in the haploid meristem by CLE peptide signaling in Marchantia polymorpha. (2019)
  • 著者名/発表者名: Hirakawa Y, Uchida N, Yamaguchi YL, Tabata R, Ishida S, Ishizaki K, Nishihama R, Kohchi T, Sawa S, Bowman JL
  • 雑誌名: PLoS Genet. 巻: 7 号: 3 ページ: e1007997-e1007997
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1007997
  • NAID: 120006621164
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Physiological function of photoreceptor UVR8 in UV-B tolerance in the liverwort Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Kondou Youichi、Miyagi Yuta、Morito Takeshi、Fujihira Kenta、Miyauchi Wataru、Moriyama Asami、Terasawa Takuya、Ishida Sakiko、Iwabuchi Kosei、Kubo Hiroyoshi、Nishihama Ryuichi、Ishizaki Kimitsune、Kohchi Takayuki
  • 雑誌名: Planta 巻: 249 号: 5 ページ: 1349-1364
  • DOI: 10.1007/s00425-019-03090-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Reproductive Induction is a Far-Red High Irradiance Response that is Mediated by Phytochrome and PHYTOCHROME INTERACTING FACTOR in Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Inoue K, Nishihama R, Araki T, Kohchi T
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: pcz029 号: 5 ページ: 1136-1145
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz029
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of Phototropic Responses in the Liverwort Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Komatsu A, Nishihama R, Kohchi T
  • 雑誌名: Methods in Molecular Biology 巻: 1924 ページ: 53-61
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-9015-3_6
  • ISBN: 9781493990146, 9781493990153
  • 査読あり
• [雑誌論文] A cis-acting bidirectional transcription switch controls sexual dimorphism in the liverwort. (2019)
  • 著者名/発表者名: Hisanaga T, Okahashi K, Yamaoka S, Kajiwara T, Nishihama R, Shimamura M, Yamato KT, Bowman JL, Kohchi T, Nakajima K.
  • 雑誌名: EMBO J. 巻: 38 号: 6
  • DOI: 10.15252/embj.2018100240
  • NAID: 120006547401
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A Single JAZ Repressor Controls the Jasmonate Pathway in Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Monte I, Franco-Zorrilla JM, Garcia-Casado G, Zamarreno AM, Garcia-Mina JM, Nishihama R, Kohchi T, Solano R
  • 雑誌名: Molecular Plant 巻: 12 号: 2 ページ: 185-198
  • DOI: 10.1016/j.molp.2018.12.017
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Transcription factor DUO1 generated by neo-functionalization is associated with evolution of sperm differentiation in plants (2018)
  • 著者名/発表者名: Higo, A., Kawashima, T., Borg, M., Zhao, M., Lopez-Vidriero, I., Sakayama, H., et al. (他18名)
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 号: 1 ページ: 5283-5283
  • DOI: 10.1038/s41467-018-07728-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] An Evolutionarily Conserved Abscisic Acid Signaling Pathway Regulates Dormancy in the Liverwort Marchantia polymorpha (2018)
  • 著者名/発表者名: Eklund D. Magnus、Kanei Masakazu、Flores-Sandoval Eduardo、Ishizaki Kimitsune、Nishihama Ryuichi、Kohchi Takayuki、Lagercrantz Ulf、Bhalerao Rishikesh P.、Sakata Yoichi、Bowman John L.
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 28 号: 22 ページ: 3691-3699
  • DOI: 10.1016/j.cub.2018.10.018
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Efficient CRISPR/Cas9-based genome editing and its application to conditional genetic analysis in Marchantia polymorpha (2018)
  • 著者名/発表者名: Sugano Shigeo S.、Nishihama Ryuichi、Shirakawa Makoto、Takagi Junpei、Matsuda Yoriko、Ishida Sakiko、Shimada Tomoo、Hara-Nishimura Ikuko、Osakabe Keishi、Kohchi Takayuki
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 13 号: 10 ページ: 0205117-0205117
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0205117
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Novel gateway binary vectors for rapid tripartite DNA assembly and promoter analysis with various reporters and tags in the liverwort Marchantia polymorpha. (2018)
  • 著者名/発表者名: Mano, S., Nishihama, R., Ishida, S., Hikino, K., Kondo, M., Nishimura, M., Yamato, T.K., Kohchi, K., and Nakagawa, T.
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 3 号: 10 ページ: e0204964-e0204964
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0204964
  • NAID: 120006534596
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ANGUSTIFOLIA contributes to the regulation of three-dimensional morphogenesis in the liverwort Marchantia polymorpha (2018)
  • 著者名/発表者名: Furuya T, Hattori K, Kimori Y, Ishida S, Nishihama R, Kohchi T, Tsukaya H
  • 雑誌名: Development 巻: 145 号: 18
  • DOI: 10.1242/dev.161398
  • 査読あり
• [雑誌論文] Loss of CG Methylation in Marchantia polymorpha Causes Disorganization of Cell Division and Reveals Unique DNA Methylation Regulatory Mechanisms of Non-CG Methylation. (2018)
  • 著者名/発表者名: Ikeda Y, Nishihama R, Yamaoka S, Arteaga-Vazquez MA, Aguilar-Cruz A, Grimanelli D, Pogorelcnik R, Martienssen RA, Yamato KT, Kohchi T, Hirayama T, Mathieu O.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 12 ページ: 2421-2431
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy161
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Identification and Biochemical Characterization of the Serine Biosynthetic Enzyme 3-Phosphoglycerate Dehydrogenase in Marchantia polymorpha (2018)
  • 著者名/発表者名: Akashi H, Okamura E, Nishihama R, Kohchi T, Hirai MY
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 9 ページ: 956-956
  • DOI: 10.3389/fpls.2018.00956
  • NAID: 120006554787
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] CRISPR/Cas9-Based Genome Editing of Transcription Factor Genes in Marchantia polymorpha (2018)
  • 著者名/発表者名: Sugano Shigeo S.、Nishihama Ryuichi
  • 雑誌名: Methods in Molecular Biology 巻: 1830 ページ: 109-126
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-8657-6_7
  • ISBN: 9781493986569, 9781493986576
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ligand-receptor co-evolution shaped the jasmonate pathway in land plants (2018)
  • 著者名/発表者名: Monte Isabel、Ishida Sakiko、Zamarreno Angel M.、Hamberg Mats、Franco-Zorrilla Jose M.、Garcia-Casado Gloria、Gouhier-Darimont Caroline、Reymond Philippe、Takahashi Kosaku、Garcia-Mina Jose M.、Nishihama Ryuichi、Kohchi Takayuki、Solano Roberto
  • 雑誌名: Nature Chemical Biology 巻: 14 号: 5 ページ: 480-488
  • DOI: 10.1038/s41589-018-0033-4
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 新しいモデル生物：苔類ゼニゴケ (2018)
  • 著者名/発表者名: 西浜竜一，河内孝之
  • 雑誌名: 領域融合レビュー 巻: 7 ページ: e008
  • DOI: 10.7875/leading.author.7.e008
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] ゼニゴケにおける幹細胞性と低オーキシン応答性の関係 (2020)
  • 著者名/発表者名: 西浜竜一、河内孝之
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会シンポジウム「幹細胞に対するオーキシン作用の二面性」
  • 招待講演
• [学会発表] Division Patterns and Apical Cell Lineages in Developing Gemma Revealed by Clonal Analysis in the Liverwort Marchantia polymorpha (2020)
  • 著者名/発表者名: Suzuki H, Harrison CJ, Shimamura M, Kohchi T, Nishihama R
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] ゼニゴケAMP1およびCYP78酵素のオーキシン応答とメリステム形成における機能 (2020)
  • 著者名/発表者名: 副島裕乃，鈴木秀政，池田敬登，桐田啓如，武田真由子，西浜竜一，河内孝之
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] ゼニゴケの無性芽発生における分裂パターンと幹細胞系譜の解明に向けたクローナル解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 鈴木秀政、Harrison CJ、嶋村正樹、河内孝之、西浜竜一
  • 学会等名: 2019年度（第8回）近畿植物学会講演会
• [学会発表] Roles of Auxin in Cellular Reprogramming and Meristem Formation in Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Ishida S, Suzuki H, Hainiwa E, Kohchi T, Nishihama R
  • 学会等名: Marchantia Workshop 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Clonal Analysis to Revealing Division Patterns and Stem Cell Lineages in Developing Gemma of Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Suzuki H, Harrison CJ, Shimamura M, Kohchi R, Nishihama R
  • 学会等名: Marchantia Workshop 2019
  • 国際学会
• [学会発表] ゼニゴケ唯一のTIR1/AFB ホモログMpTIR1 は生存に必須でないが正常な器官形成に必須である (2019)
  • 著者名/発表者名: 鈴木秀政, 加藤大貴, 西浜竜一, 河内孝之
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
• [学会発表] Clonal analysis approach to revealing the mechanisms of stem cell formation in Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Suzuki H, Harrison CJ, Shimamura M, Kohchi R, Nishihama R
  • 学会等名: 国際シンポジウム「Principles of pluripotent stem cells underlying plant vitality」
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The sole conserved auxin receptor MpTIR1 is dispensable for cell survival but critical for organized 3D body plan (2019)
  • 著者名/発表者名: Suzuki H, Kato H, Nishihama R, Kohchi T
  • 学会等名: 国際シンポジウム「Principles of pluripotent stem cells underlying plant vitality」
  • 国際学会
• [学会発表] A Raf-like kinase that is involved in the signaling of photosynthesis in the liverwort Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Koide E, Shintaku A, Terai M, Nomura Y, Yotsui I, Suetsugu N, Nakagami H, Kohchi T, Nishihama R
  • 学会等名: 2019 18th International Joint Mini-symposium on Molecular and Cell Biology @NTU
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Auxin regulation of meristem formation and maintenance in Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Nishihama R
  • 学会等名: Mini Symposium on Marchantia
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Connections between apical cell function and auxin response in the liverwort Marchantia polymorpha (2018)
  • 著者名/発表者名: Nishihama R, Kohchi T
  • 学会等名: JPR International Symposium "Apical stem cell(s): evolutionary basis for 3D body plans in land plants"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Cellular reprogramming as a response to the loss of apical dominance in the liverwort Marchantia polymorpha (2018)
  • 著者名/発表者名: Ishida S, Kojima M, Takebayashi Y, Sakakibara H, Yamaguchi K, Shigenobu S, Yamaoka S, Kohchi T, Nishihama R
  • 学会等名: EMBO Workshop New shores in land plant evolution
  • 国際学会
• [備考] 遺伝子特性学分野 発表論文 Publications
  • URL: http://www.plantmb.lif.kyoto-u.ac.jp/publications/
• [学会・シンポジウム開催] JPR International Symposium "Apical stem cell(s): evolutionary basis for 3D body plans in land plants" (2018)