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植物の動的成長を駆動する時空間特異的オートファジー

公募研究

研究領域マルチモードオートファジー:多彩な経路と選択性が織り成す自己分解系の理解
研究課題/領域番号 20H05330
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
研究機関奈良先端科学技術大学院大学

研究代表者

郷 達明  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (80511419)

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
4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2021年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2020年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
キーワードオートファジー / 根冠 / 細胞壁 / シロイヌナズナ / 植物 / 細胞分化
研究開始時の研究の概要

植物は胚発生後にも器官新生を継続し、動的かつ可塑的に成長を続ける特有の発生動態を示す。このような植物の動的成長を駆動するためには、高度に統御されたオルガネラや細胞の再構成系が必要となる。本研究では、時空間的に統御されたオートファジーによる細胞の再構成が、植物の根冠細胞層の剥離という器官形成に必須の過程を進行させる機構を明らかにする。

研究実績の概要

根冠は、植物の根の先端をキャップ状に覆っており、細胞層の新生と剥離を周期的に繰り返しながら、形態と機能を維持するというユニークな組織である。細胞の新生から剥離までの遷移を数細胞層において連続的に観察できるため、植物発生における細胞の再構成の優れたモデルである。本研究では、根冠の細胞動態の長時間かつ高精細な観察を推進し、根冠における細胞分化にともなった再構成機構を明らかにすることを目的とする。
「水平光軸型動体トラッキング顕微鏡」をもちいたタイムラプス観察により、オートファジー活性、液胞やアミロプラストの形態変化、および、核の位置の変化について、根冠細胞の分化や剥離との時空間的な相関性を解析した。その結果、最外層の剥離が進行するのに伴って、1層内側の細胞層の核の位置が中央へと変化し、また、連動して液胞の肥大化やアミロプラストの縮退が進行して、細胞内構造が劇的に再構成されることが明らかになった。根冠最外層が内層とは異なる細胞構成をもつことは以前より知られていたが、我々のタイムラプス観察により、その変化過程の詳細が明らかになった。
オートファジーは最外層の剥離の進行に応じて、時空間特異的に活性化された。この時空間特異的なオートファジーの活性化の役割を明らかにするために、根冠最外層特異的に発現する遺伝子(RCPGとBRN1)のプロモーターを利用して、根冠外層特異的なオートファジー相補ラインを作出した。これらのラインでは細胞内構造の変化や剥離様式の異常などのオートファジー欠損による根冠の表現型が相補されたことから、オートファジーは細胞自律的に根冠最外層の再構成や剥離を制御することが明らかになった。

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

    (6件)

すべて 2022 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件)

  • [国際共同研究] The Chinese University of Hong Kong(中国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] シロイヌナズナの根冠剥離における細胞層特異的なオートファジーの役割2022

    • 著者名/発表者名
      郷達明、阪本薫、Pengfei Wang, Byung-Ho Kang, 中島敬二
    • 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] 細胞の周期動態とその変調が駆動する根の自在な成長2021

    • 著者名/発表者名
      中島敬二、射水勝利、大城翔平、米倉崇晃、田中慧太、近藤洋平、宮島俊介、郷達明
    • 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] Tissue placement and cell-fate transition of the Arabidopsis root cap by positional information2021

    • 著者名/発表者名
      Miyashima Shunsuke、Tatsuaki Goh、Keiji Nakajima
    • 学会等名
      EMBO Workshop: Intercellular communication and plasmodesmata in plant development and disease
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 細胞層特異的なオートファジーによる根冠剥離の制御2020

    • 著者名/発表者名
      郷達明、阪本薫、中島敬二
    • 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] 細胞の立ち居振舞いから解く植物の自在な成長2020

    • 著者名/発表者名
      中島敬二、射水勝利、阪本薫、相馬優輝、大伏仙泰、米倉崇晃、富沢揺子、近藤洋平、稲見昌彦、宮島俊介、郷達明
    • 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

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2022-12-28  

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