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シュート幹細胞形成における植物ホルモン微環境の構築メカニズム

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 20H04889
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
研究機関熊本大学

研究代表者

相田 光宏  熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 教授 (90311787)

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)
キーワード胚発生 / 茎頂分裂組織 / オーキシン / サイトカイニン / 転写因子
研究開始時の研究の概要

シュートを形成する幹細胞群(シュート幹細胞群)は胚発生において形成され、その後一生を通じて維持される。シュート幹細胞群の維持にはオーキシンとサイトカイニンの二種のホルモンシグナルがつくる微環境が重要であることがわかっているが、この微環境がどのようなメカニズムで構築されるかは明らかでない。本申請ではシュート幹細胞形成に必須な転写因子であるCUC1, CUC2, CUC3の制御下でどのようにホルモン微環境が形成されるのかを明らかにする目的で、CUCの下流遺伝子群のうちオーキシンとサイトカイニンの経路に関連するものを重点的に同定し、これらの遺伝子の機能解析を行う。

研究実績の概要

茎頂幹細胞は胚発生において、2つの子葉原基の境界部に形成される。本公募研究では、子葉原基境界部の形成に働くCUC転写因子群の機能について1)茎頂幹細胞の維持に関わる調節遺伝子との関係、および2)オーキシンとの関係の2つの観点に着目して研究を進めた。その結果、CUCが2つのKNOX型転写因子を含む複数の幹細胞維持因子の遺伝子発現を活性化させる機能を持つことを明らかにするとともに、生殖器官である雌ずいの形成過程においてもCUCと幹細胞維持因子との相互作用が重要な役割を果たすことを見出した(Yamamoto et al, 2021)。また、CUC転写因子群がオーキシンの生合成遺伝子であるYUC1およびYUC4の発現活性化に必須であるとともに(Yamada et al, 2022)、同じくCUCによって発現が活性化されるIAA18遺伝子によるオーキシン応答の抑制が、シュート幹細胞形成に重要な役割を果たすことも明らかにした(準備中)。さらにCUC転写因子群の制御下にあることが予想されたシグナルペプチド遺伝子EPFL2の機能についても解析を進め、この遺伝子が子葉原基の成長を促進するとともに、原基先端部におけるオーキシン応答の促進にも必要であることを明らかにした(Fujihara et al, 2021)。上記の研究に加え、胚および雌ずいにおける遺伝子発現を可視化するための透明化法の改良(Imoto et al 2021; Yokoi and Aida, 2021)および胚における微小管の配向を解析する手法の改良(Takahama and Aida 2022)を行うことで、茎頂幹細胞形成メカニズムの解明に向けた基盤整備を進めた。

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

    (26件)

すべて 2022 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 4件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 11件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件) 備考 (3件)

  • [国際共同研究] Heinrich-Heine University/Leibniz Institute of Plant Genetics..(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] Howard Hughes Medical Institute/University of Texas at Austin(米国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] Palacky University(チェコ)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Expression of the auxin biosynthetic genes <i>YUCCA1</i> and <i>YUCCA4</i> is dependent on the boundary regulators <i>CUP-SHAPED COTYLEDON</i> genes in the <i>Arabidopsis thaliana</i> embryo2022

    • 著者名/発表者名
      Yamada M, Tanaka S, Miyazaki T, Aida M
    • 雑誌名

      Plant Biotechnology

      巻: 39 号: 1 ページ: 37-42

    • DOI

      10.5511/plantbiotechnology.21.0924a

    • NAID

      130008118738

    • 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
  • [雑誌論文] Non-cell-autonomous regulation of petal initiation in Arabidopsis thaliana.2022

    • 著者名/発表者名
      Takeda S, Hamamura Y, Sakamoto T, Kimura S, Aida M, Higashiyama T
    • 雑誌名

      Development

      巻: 149 号: 17

    • DOI

      10.1242/dev.200684

    • 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] The boundary-expressed <i>EPIDERMAL PATTERNING FACTOR-LIKE2</i> gene encoding a signaling peptide promotes cotyledon growth during <i>Arabidopsis thaliana</i> embryogenesis2021

    • 著者名/発表者名
      Fujihara Rina、Uchida Naoyuki、Tameshige Toshiaki、Kawamoto Nozomi、Hotokezaka Yugo、Higaki Takumi、Simon Rudiger、Torii Keiko U、Tasaka Masao、Aida Mitsuhiro
    • 雑誌名

      Plant Biotechnology

      巻: 38 号: 3 ページ: 317-322

    • DOI

      10.5511/plantbiotechnology.21.0508a

    • NAID

      130008091603

    • ISSN
      1342-4580, 1347-6114
    • 年月日
      2021-09-25
    • 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] Visualization and Quantification of Cortical Microtubules in the Apical Region of the <i>Arabidopsis thaliana</i> Embryo2021

    • 著者名/発表者名
      Takahama A, Aida M
    • 雑誌名

      CYTOLOGIA

      巻: 86 号: 3 ページ: 181-182

    • DOI

      10.1508/cytologia.86.181

    • NAID

      130008091541

    • ISSN
      0011-4545, 1348-7019
    • 年月日
      2021-09-25
    • 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
  • [雑誌論文] Postgenital Fusion and Epidermal Cell Fate Control during Gynoecium Development2021

    • 著者名/発表者名
      Yokoi A, Aida M
    • 雑誌名

      CYTOLOGIA

      巻: 86 号: 1 ページ: 1-2

    • DOI

      10.1508/cytologia.86.1

    • NAID

      130008002760

    • ISSN
      0011-4545, 1348-7019
    • 年月日
      2021-03-25
    • 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
  • [雑誌論文] Genetic interactions between the <i>CUP-SHAPED COTYLEDON</i> and the <i>BELLRINGER</i> genes indicate their overlapping functions in carpel boundary development in <i>Arabidopsis thaliana </i>2021

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto K, Tasaka M, Aida M
    • 雑誌名

      PLANT MORPHOLOGY

      巻: 33 号: 1 ページ: 95-100

    • DOI

      10.5685/plmorphol.33.95

    • NAID

      40022708369

    • ISSN
      0918-9726, 1884-4154
    • 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] A ClearSee-based clearing protocol for 3D visualization of Arabidopsis tahaliana embryos2021

    • 著者名/発表者名
      Imoto, A., Yamada, M., Sakamoto, T., Okuyama, A., Ishida, T., Sawa, S., and Aida, M. A
    • 雑誌名

      Plants

      巻: 10 号: 2 ページ: 190-190

    • DOI

      10.3390/plants10020190

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Post-embryonic lateral organ development and adaxial-abaxial polarity are regulated by the combined effect of ENHANCER OF SHOOT REGENERATION 1 and WUSCHEL in Arabidopsis shoots.2021

    • 著者名/発表者名
      Ikeda Y, Kralova; M, Zalabak D, Kubalova; I, Aida M
    • 雑誌名

      Int J Mol Sci

      巻: 22 号: 19 ページ: 10621-10621

    • DOI

      10.3390/ijms221910621

    • 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] PUCHI regulates giant cell morphology during root-knot nematode infection in Arabidopsis thaliana.2021

    • 著者名/発表者名
      Suzuki R, Yamada M, Higaki T, Aida M, Kubo M, Tsai AY, Sawa S
    • 雑誌名

      Front Plant Sci

      巻: 12 ページ: 755610-755610

    • 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] Interpreting Cytokinin Action as Anterograde Signaling and Beyond2021

    • 著者名/発表者名
      Ikeda Yoshihisa、Zalabak David、Kubalova; Ivona、Kralova; Michaela、Brenner Wolfram G.、Aida Mitsuhiro
    • 雑誌名

      Frontiers in Plant Science

      巻: 12 ページ: 641257-641257

    • DOI

      10.3389/fpls.2021.641257

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Establishment of the Embryonic Shoot Meristem Involves Activation of Two Classes of Genes with Opposing Functions for Meristem Activities2020

    • 著者名/発表者名
      Aida Mitsuhiro、Tsubakimoto Yuka、Shimizu Satoko、Ogisu Hiroyuki、Kamiya Masako、Iwamoto Ryosuke、Takeda Seiji、Karim Md、Mizutani Masaharu、Lenhard Michael、Tasaka Masao
    • 雑誌名

      International Journal of Molecular Sciences

      巻: 21 号: 16 ページ: 5864-5864

    • DOI

      10.3390/ijms21165864

    • 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 / 国際共著
  • [学会発表] Regulation of auxin signaling by the CUC transcription factors in the apical region of the embryo2022

    • 著者名/発表者名
      Mitsuhiro Aida
    • 学会等名
      14th IROAST International Symposium on Plant Development And Biotic Interaction
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 胚頂端部におけるオーキシンシグナリングの多層的制御2022

    • 著者名/発表者名
      [山田 瑞樹,井本 彩愛,Sri Imriani Pulungan,田中 俊介,宮崎 竜也,相田 光宏
    • 学会等名
      日本植物学会第86回大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] シロイヌナズナの胚発生においてCUP-SHAPED COTYLEDON遺伝子群がサイトカイニンシグナルに与える影響2022

    • 著者名/発表者名
      卜部 沢樹,坂本 匠,相田 光宏
    • 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] シロイヌナズナ胚におけるオーキシンとCUC遺伝子群との相互作用の解析2022

    • 著者名/発表者名
      検﨑悠生,山田 瑞希,井本 彩愛,田中 俊介,宮崎 竜也,相田 光宏
    • 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] 心皮周縁部の発生におけるCUP-SHAPED COTYLEDON遺伝子群とサイトカイニン・シグナルとの相互作用2022

    • 著者名/発表者名
      Jose Irepan Reyes-Olalde,Stefan de Folter,相田 光宏
    • 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] 植物 ~その驚異的な成長能力を支えるしくみ2021

    • 著者名/発表者名
      相田光宏
    • 学会等名
      第7回 熊本大学IROASTシンポジウム ウェルビーイング社会の構築を目指す理工系最先端研究
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] CUC転写因子群による胚頂端部分化の多層的オーキシンシグナリング制御2021

    • 著者名/発表者名
      山田瑞樹,井本彩愛,田中俊介,宮崎竜也,相田光宏
    • 学会等名
      第62回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] A CUP-SHAPED COTYLEDON (CUC)-Cytokinin Regulatory Module in the Carpel Margin Meristem2020

    • 著者名/発表者名
      Jose Irepan Reyes-Olalde, Stefan De Folter, Mitsuhiro Aida
    • 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] 転写因子CUCが胚頂端部のオーキシンシグナリングに与える影響2020

    • 著者名/発表者名
      山田瑞樹, 井本彩愛, 田中俊介,宮崎竜也,相田光宏
    • 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
  • [備考] 植物発生学研究室

    • URL

      https://iroast.kumamoto-u.ac.jp/aida/ja/

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] 植物発生学

    • URL

      http://iroast.kumamoto-u.ac.jp/aida/ja/

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] IROAST

    • URL

      http://iroast.kumamoto-u.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

URL: 

公開日: 2020-04-28   更新日: 2023-12-25  

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