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時計に依存する発生制御ネットワークアトラス

公募研究

研究領域細胞システムの自律周期とその変調が駆動する植物の発生
研究課題/領域番号 20H05411
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
研究機関名古屋大学

研究代表者

中道 範人  名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (90513440)

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
8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円)
2021年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2020年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
キーワード植物 / 概日時計 / 周期 / 変調 / 化合物 / 花成 / 発生 / シロイヌナズナ / トランスクリプトーム / 低分子化合物 / オミクス
研究開始時の研究の概要

概日時計の働きによって, 植物は変化する昼夜や季節環境に適応している. また植物は環境への適応の一環として形態を制御することも知られている. つまり, 植物は概日時計を利用して変化する環境に対して柔軟に発生過程を調節しているであろう.
本研究は, 我々が開発した時計周期調節化合物をシロイヌナズナに処理し, その後の形態変化をAI支援型の動画解析で俯瞰することで, 概日時計に影響を受ける発生過程を見出す. また周期調節化合物を処理した植物のRNAseq, 時計転写因子のChIPseq解析などによって, 時計が制御する発生パターンの分子基盤(時計依存的形成制御ネットワークアトラス)を提示する.

研究実績の概要

2020年度の時計周期変調化合物を利用した研究で示唆された、花成ホルモンを介さない時計による花芽形成制御の可能性を別の研究手法によって検討した。花成ホルモン遺伝子の変異体であるft tsf二重変異体に、ある時計遺伝子を過剰発現させ、花芽形成への影響を解析することを目的とした。ft tsf二重変異体は、超遅咲きであり、この株に対して形質転換をすること、またその次世代を取ることだけで10ヶ月を要した。形質転換後の孫世代(T2世代)での予備的な結果ではあるが、この時計遺伝子の過剰発現は、ft tsf二重変異体においても、花芽形成遺伝子を部分的に誘導することができていた。このことから、花成ホルモンを介さない時計による花芽形成制御の存在がより確かなものとなった。一方で、この時計遺伝子の過剰発現はft tsf二重変異体の中では、花成時期の早期化を引き起こさないことも分かったため、時計・光周期による花成ホルモンの誘導が、花成時期決定に対して必要不可欠であることも判明した。
時計による花芽形成のメカニズムを探るため、時計転写因子による花芽形成遺伝子の直接的制御の可能性を検討した。そのため、機能的な時計転写因子を発現する株を作成し、その株を用いてクロマチン免疫沈降を実施した。これまでテストしたいずれの時計転写因子も、花芽形成遺伝子の想定プロモーター領域には結合していない。
主要穀物において、時計遺伝子の変異が花芽形成時期の調節を介して栽培地域の拡大に寄与してきたことが知られている。これに関する最新の知見をまとめるとともに、時計遺伝子の変異の様式をとりまとめ、将来的なゲノム編集への指針を提言した(Maeda and Nakamichi, Plant Physiology, 2022)。

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

    (12件)

すべて 2022 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (1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 4件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] University of Southern California(米国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Phosphorylation of RNA Polymerase II by CDKC;2 Maintains the Arabidopsis Circadian Clock Period2022

    • 著者名/発表者名
      Uehara Takahiro N、Nonoyama Takashi、Taki Kyomi、Kuwata Keiko、Sato Ayato、Fujimoto Kazuhiro J、Hirota Tsuyoshi、Matsuo Hiromi、Maeda Akari E、Ono Azusa、Takahara Tomoaki T、Tsutsui Hiroki、Suzuki Takamasa、Yanai Takeshi、Kay Steve A、Itami Kenichiro、Kinoshita Toshinori、Yamaguchi Junichiro、Nakamichi Norihito
    • 雑誌名

      Plant and Cell Physiology

      巻: 63 号: 4 ページ: 450-462

    • DOI

      10.1093/pcp/pcac011

    • 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] Plant clock modifications for adapting flowering time to local environments2022

    • 著者名/発表者名
      Maeda Akari E、Nakamichi Norihito
    • 雑誌名

      Plant Physiology

      巻: in press 号: 2 ページ: 952-967

    • DOI

      10.1093/plphys/kiac107

    • 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 singularity response reveals entrainment properties of the plant circadian clock2021

    • 著者名/発表者名
      Masuda Kosaku、Tokuda Isao T.、Nakamichi Norihito、Fukuda Hirokazu
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 12 号: 1 ページ: 864-864

    • DOI

      10.1038/s41467-021-21167-7

    • 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
  • [雑誌論文] The Transcriptional Network in the Arabidopsis Circadian Clock System2020

    • 著者名/発表者名
      Nakamichi Norihito
    • 雑誌名

      Genes

      巻: 11 号: 11 ページ: 1284-1284

    • DOI

      10.3390/genes11111284

    • 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
  • [雑誌論文] 有用品種から紐解く植物の概日時計メカニズム2020

    • 著者名/発表者名
      中道範人
    • 雑誌名

      化学と生物

      巻: 58 ページ: 646-648

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 時計長周期化化合物と標的タンパクの結合モデル2022

    • 著者名/発表者名
      前田明里、松尾宏美、藤本和宏、木下俊則、山口潤一郎、中道範人
    • 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] 植物概日時計の温度補償性に関わるタンパク質の量的制御メカニズムの解析2022

    • 著者名/発表者名
      前田明里、松尾宏美、木下俊則、中道範人
    • 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] Small-molecule modulators of the plant clock2021

    • 著者名/発表者名
      Norihito Nakamichi
    • 学会等名
      5th Asia Forum on Chronobiology
    • 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] シロイヌナズナの概日時計における周期の温度補償性に関わるタンパク質の量的制御2021

    • 著者名/発表者名
      前田明里、松尾宏美、木下俊則、中道範人
    • 学会等名
      第28回日本時間生物学会学術大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 時計撹乱化合物の作用機序2021

    • 著者名/発表者名
      中道範人, 松尾宏美, 大野梓, 前田明里, 佐藤綾人, 伊丹健一郎, 木下俊則, 山口潤一郎
    • 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] シロイヌナズナの概日時計の温度補償性が減衰した変異体について2021

    • 著者名/発表者名
      前田明里, 松尾宏美, 木下俊則, 中道範人
    • 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

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2022-12-28  

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