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幹細胞の自律的周期性と変調をもたらすオーキシン動態制御

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 22H04738
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
研究機関基礎生物学研究所

研究代表者

石川 雅樹  基礎生物学研究所, 生物進化研究部門, 助教 (00586894)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
2023年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2022年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
キーワードヒメツリガネゴケ / 幹細胞 / 原糸体 / オーキシン / オーキシン排出単体 / 周期性 / 細胞伸長 / 細胞運命 / オーキシン排出担体 / 細胞運命転換
研究開始時の研究の概要

ヒメツリガネゴケ原糸体の頂端には、クロロネマ頂端幹細胞とカウロネマ頂端幹細胞の2種類の幹細胞が存在し、周期的に運命転換して入れ替わる。また周期変動する細胞は、外的・内的シグナルによる周期の変調により、どちらかの頂端幹細胞に細胞運命が固定されるため、この周期性は細胞運命転換を誘導するだけでなく、環境変化などに応答した細胞の可塑性を制御する分子基盤の一つであると考えられる。そこで本研究では、2つの頂端幹細胞の遷移で起こる周期性とその変調を駆動させる分子機構を明らかにする。

研究実績の概要

ヒメツリガネゴケ原糸体の頂端には、クロロネマ頂端幹細胞とカウロネマ頂端幹細胞の2種類の幹細胞が存在し、周期的に運命転換して入れ替わる。その周期性を駆動させる分子機構を明らかにするため、以下の実験を行なった。
・オーキシン排出担体として機能する可能性が高いABCトランスポーターPGP19bは、オーキシン濃度に依存した細胞内局在変化を示す。このPGP19bの局在変化によりオーキシン濃度が変化し、頂端幹細胞の細胞運命が入れ替わると考えている。そこでオーキシン濃度に依存したPGP19bの細胞内局在制御機構を明らかにするため、近位依存性ビオチン標識法を用いてPGP19b結合因子を同定し、候補となる因子に蛍光タンパク質を融合させ細胞内局在を解析した。その結果、PGP19bと同様に、カウロネマ細胞の分裂面に局在していることが分かった。
・ヒメツリガネゴケの頂端幹細胞の成長様式は先端成長であり、アクチンと低分子Gタンパク質ROPによって制御されている。そこでオーキシンセンサーラインを用いて、アクチンとROPに蛍光タンパク質をそれぞれ融合させた形質転換体を作製し、オーキシン濃度変化とアクチン骨格およびROPの細胞内局在変化の観察を開始した。
・ABCトランスポーターの一つPpABCB14が、伸長している細胞膜上に局在することを発見した。また、PpABCB14遺伝子欠失変異体および過剰発現体では、それぞれ変形した細胞形状が観察され、細胞の異方成長が撹乱された。さらにPpABCB14遺伝子欠失体では、クチクラを構成するワックスとクチンが顕著に減少し、クチクラ層が消失あるいは減少していた。これらの結果から、PpABCB14がクチクラ形成に必要な何らかの因子を細胞外へと輸送し、細胞表面上クチクラ量を変化させることで、局所的に細胞を伸長させることが考えられた(Zhang et al., 2023)。

現在までの達成度 (段落)

令和5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5年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 2件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件) 備考 (4件)

  • [国際共同研究] Huazhong Agricultural University(中国)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Copenhagen(デンマーク)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] Duke University(米国)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Editorial: Molecular basis of stem cells underlying plant vitality2024

    • 著者名/発表者名
      Chen Chunli、Cruz-Ramirez Alfredo、Zhang Yonghong、Ishikawa Masaki
    • 雑誌名

      Frontiers in Plant Science

      巻: 15 ページ: 1-2

    • DOI

      10.3389/fpls.2024.1371814

    • 関連する報告書
      2023 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] An ABCB transporter regulates anisotropic cell expansion via cuticle deposition in the moss Physcomitrium patens2023

    • 著者名/発表者名
      Zhang Liechi、Sasaki‐Sekimoto Yuko、Kosetsu Ken、Aoyama Tsuyoshi、Murata Takashi、Kabeya Yukiko、Sato Yoshikatsu、Koshimizu Shizuka、Shimojima Mie、Ohta Hiroyuki、Hasebe Mitsuyasu、Ishikawa Masaki
    • 雑誌名

      New Phytologist

      巻: 241 号: 2 ページ: 665-675

    • DOI

      10.1111/nph.19337

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] GRAS transcription factors regulate cell division planes in moss overriding the default rule2023

    • 著者名/発表者名
      Ishikawa M, Fujiwara A, Kosetsu K, Horiuchi Y, Kamamoto N, Umakawa N, Tamada Y, Zhang L, Matsushita K, Palfalvi G, Nishiyama T, Kitasaki S, Masuda Y, Shiroza Y, Kitagawa M, Nakamura T, Cui H, Hiwatashi Y, Kabeya Y, Shigenobu S, Aoyama T, Kato K, Murata T, Fujimoto K, Benfey PN, Hasebe M, Kofuji R
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America

      巻: 120 号: 4

    • DOI

      10.1073/pnas.2210632120

    • 関連する報告書
      2022 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] Regulatory mechanisms of chromatin modification changes inducing stem cell formation in Physcomitrium patens2023

    • 著者名/発表者名
      Masaki Ishikawa
    • 学会等名
      Taiwan-Japan Plant Biology 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 細胞の異方成長による器官形成 -クチクラ形成と細胞伸長-2023

    • 著者名/発表者名
      石川雅樹、Zhang, Liechi、長谷部光泰
    • 学会等名
      日本植物学会第87回大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Wound-induced cellular reprogramming into stem cells in the moss Physcomitrium patens2022

    • 著者名/発表者名
      Masaki Ishikawa
    • 学会等名
      The International Symposium on Plant Stem Cells and Regeneration
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 細胞運命転換を制御するSTEMIN転写因子の作用機序の解析2022

    • 著者名/発表者名
      石川雅樹、de Villier Ruan、長谷部光泰
    • 学会等名
      日本植物学会 第86回大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] CDKAの光応答を制御する仕組みの解明に向けて2022

    • 著者名/発表者名
      宮崎朔多、井上夏実、石川雅樹、長谷部光泰、藤田知道
    • 学会等名
      日本植物学会 第86回大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] An ABCB transporter maintains proper cell expansion by regulating cuticle formation in the moss Physcomitrium patens2022

    • 著者名/発表者名
      Liechi Zhang, Yuko Sasaki-Sekimoto, Ken Kosetsu, Tsuyoshi Aoyama, Takashi Murata, Yukiko Kabeya, Yoshikatsu Sato, Mie Shimojima, Hiroyuki Ohta, Mitsuyasu Hasebe, Masaki Ishikawa
    • 学会等名
      日本植物学会 第86回大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 自然科学研究機構 基礎生物学研究所 生物進化研究部門

    • URL

      https://www.nibb.ac.jp/sections/division/hasebe/

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] 自然科学研究機構 基礎生物学研究所 生物進化研究部門 長谷部研究室

    • URL

      https://www.nibb.ac.jp/evodevo/

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] 基礎生物学研究所 生物進化研究部門

    • URL

      https://www.nibb.ac.jp/sections/division/hasebe/

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 基礎生物学研究所 生物進化研究部門 研究室ホームページ

    • URL

      https://www.nibb.ac.jp/evodevo/

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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