植物の自律分散型情報ネットワークを支える維管束シグナル伝達の解析

2015 年度 実績報告書

• 研究領域: 植物の成長可塑性を支える環境認識と記憶の自律分散型統御システム
• 研究課題/領域番号: 15H05958
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 福田 裕穂 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (10165293)
• 研究分担者: 遠藤 求 京都大学, 生命科学研究科, 助教 (80551499)
• 研究期間 (年度): 2015-06-29 – 2020-03-31
• キーワード: 植物 / シグナル伝達 / 発生・分化

研究実績の概要

植物には脳に相当する器官はないものの、個体全体を統合する情報ネットワークが存在すると考えられているが、その実体は明らかになっていない。私たちの発見から、植物の自律分散型情報ネットワークは維管束に支えられていると予測された。そこで、本研究ではCLE ペプチドと概日時計を指標に、維管束を介した局所的なシグナル伝達機構とその働き、長距離伝搬のしくみと植物個体としての情報統合の場の解明を目指している。本年は、以下の研究を行った。

１．【長距離シグナルとしてのCLE ペプチドの作用機構】　(1) 環境とCLEペプチド作用の関係の解析から、CLE41が関与する維管束幹細胞誘導には、光が必要であり、ホルモン関係のシグナル伝達系が関与することが示された。　(2) CLE1-7遺伝子のレポーター融合コンストラクトを作成し、その発現場所を詳しく調査した。その結果、様々な場所での発現が観察され、少なくとも多様な場所での局所的なシグナル伝達に関与している可能性が示された。また、これらCLEペプチドの長距離シグナル伝達を明らかにする目的で、発現誘導型のコンストラクトを持つ植物を作成し、CLE2とCLE3植物の作出に成功した。
２．【長距離シグナル伝達機構研究のための基盤手法の開発】　木部と篩部を介したシグナルの輸送のモデルとして、蛍光試薬を用いた可視化とそのモニタリングに成功した。
３．【概日時計による常温刺激の処理に関わる組織の探索を通じたネットワーク構造の推定】　時間情報の同調の仕組みを明らかにするために、Tissue-Specific Luciferase Assay-3（TSLA3）と名付けた新たな測定系の開発を行い、これを導入した植物体で、機能することを確認した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初目指していたCLEペプチドの長距離輸送を解析するための植物体の作成やその基本的な性質の理解について、予定通りの成果が得られている。また、概日時計の解析では、その肝になる時間情報の同量をモニタリングする系の目処のついたことで、今後の詳細な解析が可能になった。以上の点を踏まえ、概ね順調に進展していると判断される。

今後の研究の推進方策

引き続き、CLEペプチドを中心にペプチドシグナルの局所的、長距離シグナル伝達のプロセスを明らかにする。また、環境とCLEペプチドのシグナルのクロストークについてもさらに検討を行う。長距離輸送に関しては、維管束異常の変異体の維管束輸送能について明らかにし、これらを班内の長距離輸送分子の研究に利用できるようにする予定である。概日時計のシグナル伝達については、今回の研究により、TSLA-3の潜在的な有効性が示された。今後、熱ショックによるCREの誘導方法や赤い発光と緑の発光の分光およびデコンボリューションの方法について、引き続き検討を行う。

研究成果

• [雑誌論文] Growth Properties and Biomass Production in the Hybrid C4 Crop Sorghum bicolor. (2016)
  • 著者名/発表者名: Tazoe Y, Sazuka T, Yamaguchi M, Saito C, Ikeuchi M, Kanno K, Kojima S, Hirano K, Kitano H, Kasuga S, Endo T, Fukuda H, Makino A.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 57 ページ: 944-952
  • DOI: 10.1093/pcp/pcv158
  • 査読あり
• [雑誌論文] A plant U-box protein, PUB4, regulates asymmetric cell division and cell proliferation in the root meristem. (2015)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita, A., ten Hove, CA, Tabata, R., Yamada, M., Shimizu, N., Ishida, T., Yamaguchi, K., Shigenobu, S., Takebayashi, Y., Iuchi, S., Kobayashi, M., Kurata, T., Wada, T., Seo, M., Hasebe, M., Blilou, I., Fukuda, H., Scheres, B., Heidstra, R., Kamiya, Y. and Sawa. S.
  • 雑誌名: Development 巻: 142 ページ: 444-53
  • DOI: 10.1242/dev.113167
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Monoclonal antibody-based analysis of cell wall remodeling during xylogenesis. (2015)
  • 著者名/発表者名: Shinohara, N., Kakegawa, K. and Fukuda, H.
  • 雑誌名: J. Plant Res. 巻: 128 ページ: 975-986
  • DOI: 10.1007/s10265-015-0758-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] A negative feedback loop controlling bHLH complexes is involved in vascular cell division and differentiation in the root apical meristem. (2015)
  • 著者名/発表者名: Katayama, H., Iwamoto, K., Kariya, Y., Asakawa, T., Kan, T., Fukuda, H. and Ohashi-Ito, K.
  • 雑誌名: Curr. Biol. 巻: 25 ページ: 3144-50
  • DOI: 10.1016/j.cub.2015.10.051
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Editorial overview: Cell biology - From signaling to cell shape and function. (2015)
  • 著者名/発表者名: Fukuda, H. and Yang, Z. (eds)
  • 雑誌名: Curr. Opin. Plant Biol. 巻: 28 ページ: iv-vi
  • DOI: 10.1016/j.pbi.2015.11.001
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The TDIF signaling network. (2015)
  • 著者名/発表者名: Kondo, Y. and Fukuda, H.
  • 雑誌名: Curr. Opin. Plant Biol. 巻: 28 ページ: 106-110
  • DOI: 10.1016/j.pbi.2015.10.002
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Expression of a kinase-dead form of CPK33 involved in florigen complex formation causes delayed flowering. (2015)
  • 著者名/発表者名: Kawamoto, N., Endo, M. and Araki, T.
  • 雑誌名: Plant Signaling & Behavior 巻: 10 ページ: e1086856, 1-2
  • DOI: 10.1080/15592324.2015.1086856
  • 査読あり
• [雑誌論文] Decentralized circadian clocks process thermal and photoperiodic cues in specific tissues. (2015)
  • 著者名/発表者名: Shimizu, H., Katayama, K., Koto, T., Torii, K., Araki, T., Endo, M.
  • 雑誌名: Nature Plants 巻: 1 ページ: 15163
  • DOI: 10.1038/nplants.2015.163
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoperiod sensitivity of the Arabidopsis circadian clock is tissue-specific. (2015)
  • 著者名/発表者名: Shimizu, H., Araki, T. and Endo, M.
  • 雑誌名: Plant Signaling & Behavior 巻: 10 ページ: e1010933
  • DOI: 10.1080/15592324.2015.1010933
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Calcium-dependent protein kinases responsible for the phosphorylation of a bZIP transcription factor FD crucial for the florigen complex formation. (2015)
  • 著者名/発表者名: Kawamoto, N., Sasabe, M., Endo, M., Machida, Y. and Araki, T.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 5 ページ: 8341
  • DOI: 10.1038/srep08341
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Signals that govern vascular cell differentiation. (2015)
  • 著者名/発表者名: Fukuda, H.
  • 学会等名: IPMB 2015, 11th International Congress of Plant Molecular Biology
  • 発表場所: Iguazu, Brazil
  • 年月日: 2015-10-25 – 2015-10-30
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Inter- and Intra-cellular signals that control vascular differentiation. (2015)
  • 著者名/発表者名: Fukuda, H.
  • 学会等名: FASEB Summer Research Conference "Mechanisms in Plant Development"
  • 発表場所: Vermont, USA
  • 年月日: 2015-08-07 – 2015-08-11
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] スーパーバイオマス 植物に学ぶ、植物を活かす (2016)
  • 著者名/発表者名: 福田裕穂、稲田のりこ（編）
  • 総ページ数: 159
  • 出版者: 慶應義塾大学出版会
• [備考] 東京大学大学院理学系研究科生物科学専攻生体制御研究室
  • URL: http://www.biol.s.u-tokyo.ac.jp/users/seigyo/lab.html