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シュート再生過程における頂端分裂組織幹細胞ニッチの新生と転換およびその制御機構

公募研究

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 20H04881
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
研究機関東京大学

研究代表者

杉山 宗隆  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (50202130)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
10,920千円 (直接経費: 8,400千円、間接経費: 2,520千円)
2021年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2020年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
キーワードシロイヌナズナ / トレニア / 幹細胞 / シュート頂分裂組織 / シュート再生 / 内生IAA / TBP関連因子 / トランスクリプトーム / 頂端分裂組織 / 幹細胞ニッチ
研究開始時の研究の概要

植物の器官再生は、頂端分裂組織の幹細胞ニッチの新生や転換を伴う、ダイナミックな現象である。高濃度のオーキシンを投与してカルスを誘導し、その後に高濃度のサイトカイニンを投与して不定芽を誘導する、2段階式のシュート再生では、根端分裂組織タイプの幹細胞ニッチがまず生じ、これがシュート頂分裂組織タイプに転換して、不定芽の形成に至る。本研究では、内生IAAとTBP関連因子のBTAFを糸口にこの過程の分子ネットワークを追究し、併せてカルス段階を経ない直接シュート再生との比較分析を行って、シュート再生における幹細胞の動態と制御機構を解き明かしていく。

研究実績の概要

シュート再生過程における頂端分裂組織幹細胞ニッチの新生と転換のメカニズムに関し、高濃度の2,4-Dをオーキシンとして含むカルス誘導培地(CIM)でシロイヌナズナの胚軸断片を培養した後、高濃度の2iPをサイトカイニンとして含むシュート誘導培地(SIM)に移植して不定芽のシュート頂分裂組織(SAM)を形成させる、2段階式のシュート再生系において、内生IAAに着目した解析とTBP関連因子のBTAF1に着目した解析を行うとともに、トレニアの茎断片をサイトカイニンのBAPを含む培地で培養し、表皮から不定芽SAMを誘導する、直接シュート再生系を用いて、細胞学的解析とトランスクリプトーム解析を行った。シロイヌナズナの2段階シュート再生系の解析では、CIM培養時のIAA生合成阻害剤・極性輸送阻害剤処理によるシュート再生能昂進について、内生IAAの攪乱が引き起こすオーキシン応答の均一化と増大、根端分裂組織(RAM)関連遺伝子の発現レベルの上昇と発現域の拡大が、新生RAM型幹細胞ニッチの多能状態の保持と密接に関連していることが示された。また、BTAF1の温度感受性変異体rgd3から単離した抑圧変異体6系統について、全ゲノムシークエンスを行い、抑圧表現型と連鎖している変異を特定した。これにより、SIM移植後に起きるRAM型からSAM型への幹細胞ニッチの転換を、BTAF1分子ネットワークから遺伝学的に追究する準備が整った。トレニアの直接シュート再生系では、昨年度までの解析により、培養開始直後に遺伝子発現プロフィールの大規模な変化が起き、その後サイトカイニンに依存したrRNA生合成関連遺伝子の発現や核小体の著しい発達が起きることなどがわかっていた。本年度はこれらに関し新たにいくつかの解析を試み、個々の細胞における遺伝子発現の変動や、TOR経路の関与について、予備的な知見を得た。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (25件)

すべて 2022 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (16件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] 国立成功大学(その他の国・地域(台湾))

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] 國立成功大學(その他の国・地域(台湾))

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] Enhancement of shoot regeneration by treatment with inhibitors of auxin biosynthesis and transport during callus induction in tissue culture of <i>Arabidopsis thaliana</i>2022

    • 著者名/発表者名
      Iwai Ohbayashi, Yuki Sakamoto, Hitomi Kuwae, Hiroyuki Kasahara, Munetaka Sugiyama
    • 雑誌名

      Plant Biotechnology

      巻: 39 号: 1 ページ: 43-50

    • DOI

      10.5511/plantbiotechnology.21.1225a

    • ISSN
      1342-4580, 1347-6114
    • 年月日
      2022-03-25
    • 関連する報告書
      2021 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] Transcriptome Dynamics of Epidermal reprogramming during direct shoot regeneration in Torenia fournieri2021

    • 著者名/発表者名
      Hatsune Morinaka, Akihito Mamiya, Hiroaki Tamaki, Akitoshi Iwamoto, Takamasa Suzuki, Ayako Kawamura, Momoko Ikeuchi, Akira Iwase, Tetsuya Higashiyama, Keiko Sugimoto, Munetaka Sugiyama
    • 雑誌名

      Plant & Cell Physiology

      巻: 62 号: 8 ページ: 1335-1354

    • DOI

      10.1093/pcp/pcab101

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Symmetry and its transition in phyllotaxis2021

    • 著者名/発表者名
      Takaaki Yonekura, Munetaka Sugiyama
    • 雑誌名

      Journal of Plant Research

      巻: 134 号: 3 ページ: 417-430

    • DOI

      10.1007/s10265-021-01308-1

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 葉序の形態特徴量とパターン生成機構との関係2021

    • 著者名/発表者名
      米倉崇晃,杉山宗隆
    • 雑誌名

      PLANT MORPHOLOGY

      巻: 33 号: 1 ページ: 59-65

    • DOI

      10.5685/plmorphol.33.59

    • ISSN
      0918-9726, 1884-4154
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Temperature-dependent fasciation mutants provide a link between mitochondrial RNA processing and lateral root morphogenesis2021

    • 著者名/発表者名
      Otsuka Kurataka、Mamiya Akihito、Konishi Mineko、Nozaki Mamoru、Kinoshita Atsuko、Tamaki Hiroaki、Arita Masaki、Saito Masato、Yamamoto Kayoko、Hachiya Takushi、Noguchi Ko、Ueda Takashi、Yagi Yusuke、Kobayashi Takehito、Nakamura Takahiro、Sato Yasushi、Hirayama Takashi、Sugiyama Munetaka
    • 雑誌名

      eLife

      巻: 10

    • DOI

      10.7554/elife.61611

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] トレニアの直接シュート再生初期過程のトランスクリプトーム解析2022

    • 著者名/発表者名
      森中初音,間宮章仁,玉置裕章,鈴木 孝征,池内桃子,岩瀬哲,東山哲也, 杉本慶子,杉山宗隆
    • 学会等名
      第63回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] シロイヌナズナにおけるプラスチド型および細胞質型リボソームストレス応答経路の比較解析2022

    • 著者名/発表者名
      長嶋友美,藤井佑郁,伊藤早紀,大城克友,大林祝,杉山宗隆,塚谷裕一,堀口吾朗
    • 学会等名
      第63回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 染色体束化がシロイヌナズナ倍数体における根端成長に及ぼす影響の解析2022

    • 著者名/発表者名
      菊池涼夏,坂本卓也,松永幸大,杉山宗隆,岩元明敏
    • 学会等名
      第63回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] コスツス型葉序の数理モデル解析とモデルの妥当性の検討2022

    • 著者名/発表者名
      米倉崇晃,杉山宗隆
    • 学会等名
      第63回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] シロイヌナズナにおける核小体ストレスによる細胞周期制御の解析2022

    • 著者名/発表者名
      大林祝,岩元明敏,米倉崇晃,杉山宗隆
    • 学会等名
      第63回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 葉の発生分化における DNA メチル化を介したエピジェネティック制御2021

    • 著者名/発表者名
      日比野哲紀,高橋広夫,岩川秀和,杉山宗隆,町田泰則,町田千代子,小島晶子
    • 学会等名
      日本植物学会第85回大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] トレニアの直接シュート再生過程における表皮細胞リプログラミングのトランスクリプトーム解析2021

    • 著者名/発表者名
      森中 初音,間宮 章仁,玉置 裕章,鈴木 孝征,池内 桃子,岩瀬 哲,杉本 慶子,東山 哲也,杉山 宗隆
    • 学会等名
      第62回植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 植物ミトコンドリアにおけるmRNA編集とポリA付加の関係性について2021

    • 著者名/発表者名
      間宮 章仁,大塚 蔵嵩,山本 荷葉子,小林 健人,八木 祐介,中村 崇裕,平山 隆志,杉山 宗隆
    • 学会等名
      第62回植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] シロイヌナズナの葉の発生分化におけるエピジェネティック因子AS2と核小体タンパク質の役割の解明2021

    • 著者名/発表者名
      町田 千代子,髙橋 広夫,日比野 哲紀,安藤 沙友里,岩川 秀和,野元 美佳,多田 正臣,杉山 宗隆,小島 晶子,町田 泰則
    • 学会等名
      第62回植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] ゲノム倍数化がシロイヌナズナの根端成長及び染色体の束化に与える影響の定量的解析2021

    • 著者名/発表者名
      菊池 涼夏,杉山 宗隆,岩元 明敏
    • 学会等名
      第62回植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 特異な葉序パターンに着目した形態学的解析と数理モデリング2020

    • 著者名/発表者名
      米倉 崇晃,杉山 宗隆
    • 学会等名
      日本植物学会第84回大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 植物ミトコンドリアにおけるmRNA編集とポリA付加の関係性について2020

    • 著者名/発表者名
      間宮 章仁,大塚 蔵嵩,山本 荷葉子,小林 健人,八木 祐介,中村 崇裕,平山 隆志,杉山 宗隆
    • 学会等名
      日本植物学会第84回大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 高次倍数化による根端成長の抑制の解析2020

    • 著者名/発表者名
      菊池 涼夏,杉山 宗隆,岩元 明敏
    • 学会等名
      日本植物学会第84回大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] トレニア茎断片培養系におけるシュート再生過程での表皮細胞脱分化の解析2020

    • 著者名/発表者名
      森中 初音,間宮 章仁,玉置 裕章,鈴木 孝征,池内 桃子,岩瀬 哲,杉本 慶子,東山 哲也,杉山 宗隆
    • 学会等名
      日本植物学会第84回大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] シロイヌナズナの葉の向背軸性確立におけるAS2と核小体タンパク質の役割2020

    • 著者名/発表者名
      安藤 沙友里,岩川 秀和,小島 晶子,杉山 宗隆,町田 泰則,町田 千代子
    • 学会等名
      日本植物学会第84回大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] シロイヌナズナの2,4-D誘導カルスの器官再生能制御における内生IAAの役割の解析2020

    • 著者名/発表者名
      大林 祝,坂本 優希,杉山 宗隆
    • 学会等名
      日本植物学会第84回大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [図書] 遺伝学の百科事典2022

    • 著者名/発表者名
      日本遺伝学会
    • 総ページ数
      690
    • 出版者
      丸善出版
    • ISBN
      9784621306604
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] 生体制御研究室 杉山G

    • URL

      http://www.bs.s.u-tokyo.ac.jp/~seigyo/sugi/index.html

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

URL: 

公開日: 2020-04-28   更新日: 2022-12-28  

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