植物表皮の幹細胞維持と分化の制御ロジックに関わる内的因子と新奇化合物の探索

• 研究領域: 植物発生ロジックの多元的開拓
• 研究課題/領域番号: 26113507
• 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: 鳥居 啓子 名古屋大学, トランスフォーマティブ生命分子研究所, 客員教授 (60506103)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 11,440千円 (直接経費: 8,800千円、間接経費: 2,640千円); 2015年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2014年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
• キーワード: 化合物ライブラリー / 植物 / 気孔 / バイオマス / 生長促進 / 幹細胞 / 作物 / 植物科学 / 発生・形態形成 / 化合物スクリーン / 薬理 / 国際研究者交流 / 国際情報交換

研究実績の概要

植物表皮の通気口である気孔は、一対の孔辺細胞が膨張・収縮することにより開閉し、 光合成のためのガス交換と蒸散を調節する。気孔の存在は植物の生長と生存に必須なだけでなく、地球レベルの大気環境に影響を及ぼしている。気孔は、気孔系譜の幹細胞であるメリステモイド細胞から生まれ、 メリステモイド細胞の数は様々な外部環境に適合するよう巧妙に調節されている。本研究では、申請者が新規に所属することになった名古屋大学トランスフォーマティブ生命分子研究所(ITbM)の理念である「合成化学と生物学の融合による新奇化合物の創出」を目指し、メリステモイド細胞の維持と分化を司る内的因子、および合成化合物の探索と同定を目的とする。

平成２７年度末までに、孔辺細胞特異的に強いGFP蛍光を発するシロイヌナズナレポーター植物を用いて現在までに約4200種類の化合物をスクリーニングした。その結果、気孔の数とメリステモイド細胞の数を増やす一群の新奇化合物が同定された。これらの中から効果が高く副作用が少ない候補をさらに選抜し、２つの化合物について詳細な解析を行った。その内の一つはメリステモイド細胞の増殖と気孔の分化の両方を著しく促進した。 驚く事に、この化合物は地上部および地下部のバイオマスを増大させた。この効果は、広く作物植物で認められたため、この化合物は気孔の分化とバイオマス生産の両方に共通するプロセスに関わることが示唆された。今後は、合成化学によるアナログ（類似化合物）のレパートリーを増やし、生理活性を担う化合物構造を狭めるとともに、標的因子の同定につなげたい。

現在までの達成度 (段落)

27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

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] University of Washington/Department of Pharmacology(米国)
• [雑誌論文] Lineage-specific stem cells, signals and asymmetries during stomatal development (2016)
  • 著者名/発表者名: Han SK and Torii KU
  • 雑誌名: Development 巻: 143 号: 8 ページ: 1259-1270
  • DOI: 10.1242/dev.127712
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Plant synthetic biology for molecular engineering of signalling and development (2016)
  • 著者名/発表者名: Nemhauser JL, Torii KU
  • 雑誌名: Nature Plants 巻: 2 号: 3
  • DOI: 10.1038/nplants.2016.10
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Stomagenesis versus myogenesis: Parallels in intrinsic and extrinsic regulation of transcription factor mediated specialized cell-type differentiation in plants and animals (2016)
  • 著者名/発表者名: Putarjunan A, Torii KU
  • 雑誌名: Development, Growth & Differentiation 巻: 58 号: 4 ページ: 341-354
  • DOI: 10.1111/dgd.12282
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Competitive binding of antagonistic peptides fine-tunes stomatal patterning (2015)
  • 著者名/発表者名: Lee JS, Hnilova M, Maes M, Lin YC, Putarjunan A, Han SK, Avila J, Torii KU
  • 雑誌名: Nature 巻: 522 号: 7557 ページ: 439-443
  • DOI: 10.1038/nature14561
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Molecular Framework of a Regulatory Circuit Initiating Two-Dimensional Spatial Patterning of Stomatal Lineage (2015)
  • 著者名/発表者名: Horst RJ, Fujita H, Lee JS, Rychel AL, Garrick JM, Kawaguchi M, Peterson KM, Torii KU
  • 雑誌名: PLoS Genetics 巻: 11
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Differential Function of Arabidopsis SERK Family Receptor-like Kinases in Stomatal Patterning. (2015)
  • 著者名/発表者名: Meng X, Chen X, Mang H, Liu C, Yu X, Gao X, Torii KU, He P, Shan L
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 25 号: 18 ページ: 2361-2372
  • DOI: 10.1016/j.cub.2015.07.068
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Cell walls as a stage for intercellular communication regulating shoot meristem development (2015)
  • 著者名/発表者名: Tameshige T, Hirakawa Y, Torii KU, Uchida N
  • 雑誌名: Front Plant Sci 巻: 11 ページ: 324-324
  • DOI: 10.3389/fpls.2015.00324
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Stomatal differentiation: the beginning and the end (2015)
  • 著者名/発表者名: Torii, KU
  • 雑誌名: Currrent Opinion in Plant Biology 巻: 28 ページ: 16-22
  • DOI: 10.1016/j.pbi.2015.08.005
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Co-Immunoprecipitation of Membrane-Bound Receptors (2015)
  • 著者名/発表者名: Avila JR, Lee JS, Torii KU
  • 雑誌名: Arabidopsis Book 巻: 13 ページ: e0180-e0180
  • DOI: 10.1199/tab.0180
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Regulatory Circuitry Initiatinve 2-Dimensional Stomatal Patterning in the Plant Epidermis (2015)
  • 著者名/発表者名: Torii, K.U.
  • 学会等名: BMB 2015
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 2015-12-01
  • 招待講演
• [学会発表] Genome-Scale Mapping of Regulatory DNA Elements During Initiation, Amplification, and Differentiation of Stomatal Cell Lineages (2015)
  • 著者名/発表者名: Torii, K.U.
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Asia Symposiumm “Plant Epigenetics and Development”
  • 発表場所: Suzhou, China
  • 年月日: 2015-06-08
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Patterning Plant Epidermis: Cell Fate and Communication (2015)
  • 著者名/発表者名: 3.Torii, K.U.
  • 学会等名: Japanese Society of Developmental Biologists, Annual Conference
  • 発表場所: Tsukuba, Japan
  • 年月日: 2015-06-02
  • 招待講演
• [学会発表] Stomatal Patterning and Differentiaion ~Signaling Mechanism and Environmental Interface~ (2015)
  • 著者名/発表者名: Keiko U. Torii
  • 学会等名: 新学術領域 植物環境突破力シンポジウム
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-03-13
  • 招待講演
• [学会発表] Mix and Match: Receptor Kinase Complexes in Stomatal Patterning (2015)
  • 著者名/発表者名: Keiko U. Torii
  • 学会等名: Keystone Symposiium
  • 発表場所: Taos, NM, USA
  • 年月日: 2015-02-09 – 2015-02-13
  • 招待講演
• [学会発表] Stomatal Patterning, Communicate, Fate, and Decision Making (2014)
  • 著者名/発表者名: Keiko U. Torii
  • 学会等名: International Conference of Arabidopsis Research 2014 (ICAR2014)
  • 発表場所: Vancouver, BC, Canada
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-01
  • 招待講演
• [学会発表] Receptor Kinase Specificity and Integration in Stomatal Patterning (2014)
  • 著者名/発表者名: Keiko U. Torii
  • 学会等名: Gordon Research Conference
  • 発表場所: Holderness, NH , USA
  • 年月日: 2014-07-20 – 2014-07-25
  • 招待講演
• [学会発表] Two-Dimensional Spatial Patterning in the Plant Epidermis (2014)
  • 著者名/発表者名: Keiko U. Torii
  • 学会等名: Annual Japanese Society of Developmental Biology Conference （日本発生学会年会）
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2014-05-27 – 2014-05-30
  • 招待講演
• [備考] ITbM press release
  • URL: http://www.itbm.nagoya-u.ac.jp/en/research/2015/06/Torii-Stomata.php
• [備考] UW News
  • URL: http://www.washington.edu/news/2015/06/17/plants-make-big-decisions-with-microscopic-cellular-competition/