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2018 年度 実績報告書

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

計画研究

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)

研究期間 (年度) 2015-06-29 – 2020-03-31
キーワード植物生理 / 植物 / シグナル伝達 / 発生・分化
研究実績の概要

植物にも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るが、その実体はほとんど明らかになっていない。本年度は、CLEペプチドシグナルの局所的なシグナル伝達と長距離シグナル伝達の解析、環境応答シグナルの役割について以下の解析を行った。
1.CLE1-CLE7ペプチドの下流シグナルの解析: CLE1-CLE7遺伝子の誘導系を用いたRNA-seqを行い、CLEペプチド下流因子の同定を試みた結果、いずれもABAのシグナル伝達系が存在することが明らかとなった。 2.CLE1-CLE7ペプチドの乾燥応答に関する生理学的解析: CLE1-CLE7機能欠損植物体を用い、乾燥応答CLE1-CLE7機能を解析した結果、複数のペプチドが乾燥シグナル応答に関連することが明らかとなった。 3.CLE1-CLE7機能欠損型遺伝子の多重変異体の作成: 機能重複の可能性を考え、CLE1-CLE7機能欠損型遺伝子の多重変異体をCRISPER/CAS9および交配で作成することを試みた結果、全ての単独の機能欠損型植物体を作成収集すること、CLE5を中心に複数の2重変異体の作成に成功した。 4. CLE1-CLE7ペプチドの環境応答に関する生理学的解析: CLE1-CLE7の機能を欠損した植物体を用いて、環境応答および微生物感染におけるCLE1-CLE7ペプチド機能を解析した。 5.乾燥応答に関するCLEペプチド受容体の同定: 乾燥応答CLEペプチド受容体の同定を試みた結果、2つの受容体候補が同定された。 6.CLEペプチドの長距離輸送の解析:昨年度開発した可視化手法を用いて解析した。また、このときの細胞壁の役割について、すでに同定した輸送が異常になる変異体を用いて解析した結果、1アミノ酸の違いがCLEペプチドの輸送パターンを変えること、この輸送パターンに細胞壁が関与することが明らかとなった。

現在までの達成度 (区分)
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

当初目標であった、CLE1-CLE7の欠損変異体を用いたペプチドの環境応答機能についての研究から、乾燥ストレスなどにおけるCLEペプチドの働きを明らかにすることに成功した。また、網羅的な遺伝子発現解析から、CLEペプチドの下流にABAシグナルが存在することが明らかとなり、機能解析の結果と対応することが示された。さらに、CLEペプチドの受容体候補者の同定に成功した。また、昨年開発した蛍光色素フルオロセインを用いた木部輸送経路の可視化技術を用いて、ペプチドの長距離輸送の観察に成功した。さらに、道管の二次細胞壁を改変した変異体を用いてのペプチド長距離輸送の解析から、それぞれ異なるCLEペプチドの長距離輸送が、細胞壁の改変により異なる影響を受けることが明らかとなった。以上、当初計画した全ての研究を実行し、それらを通して新規の知見を得たことから、研究は順調に進展していると判断する。

今後の研究の推進方策

CLE1-CLE7のうち、とりわけ CLE5が環境応答を仲介する機能を持つことが示されたので、CLE5による環境応答機能の分子機構について解析を進める。同様に、CLE3, CLE2における機能についても解析を進める。また、VISUALを用いて、維管束組織におけるシグナル伝達の解析を進めると同時に、開発した長距離輸送解析系を用いて、ペプチドなどの長距離シグナル伝達の仕組みを解析する。これらの研究を通して、環境シグナルを仲介するシグナルの機能と輸送の全体像を明らかにする。また、細胞壁とCLEペプチド長距離輸送の関係についてさらに詳細に研究を進める。以上の研究を通して、環境シグナルを仲介するペプチドシグナルの機能と輸送の全体像を明らかにする。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 8件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 5件、 招待講演 4件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] A Rho-actin signaling pathway shapes cell wall boundaries in Arabidopsis xylem vessels2019

    • 著者名/発表者名
      Sugiyama Yuki、Nagashima Yoshinobu、Wakazaki Mayumi、Sato Mayuko、Toyooka Kiminori、Fukuda Hiroo、Oda Yoshihisa
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 10 ページ: no. 468

    • DOI

      10.1038/s41467-019-08396-7

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Vascular tissue development in plants2019

    • 著者名/発表者名
      Fukuda Hiroo、Ohashi-Ito Kyoko
    • 雑誌名

      Plant Development and Evolution

      巻: 131 ページ: 141~160

    • DOI

      10.1016/bs.ctdb.2018.10.005

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Salicylic Acid and Jasmonic Acid Pathways are Activated in Spatially Different Domains Around the Infection Site During Effector-Triggered Immunity in Arabidopsis thaliana2018

    • 著者名/発表者名
      Betsuyaku Shigeyuki、Katou Shinpei、Takebayashi Yumiko、Sakakibara Hitoshi、Nomura Nobuhiko、Fukuda Hiroo
    • 雑誌名

      Plant and Cell Physiology

      巻: 59 ページ: 439~439

    • DOI

      https://doi.org/10.1093/pcp/pcy008

    • 査読あり
  • [雑誌論文] BES1 and BZR1 Redundantly Promote Phloem and Xylem Differentiation2018

    • 著者名/発表者名
      Saito Masato、Kondo Yuki、Fukuda Hiroo
    • 雑誌名

      Plant and Cell Physiology

      巻: 59 ページ: 590~600

    • DOI

      https://doi.org/10.1093/pcp/pcy012

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Suppression of DELLA signaling induces procambial cell formation in culture2018

    • 著者名/発表者名
      Yamazaki Kyoko、Kondo Yuki、Kojima Mikiko、Takebayashi Yumiko、Sakakibara Hitoshi、Fukuda Hiroo
    • 雑誌名

      The Plant Journal

      巻: 94 ページ: 48~59

    • DOI

      https://doi.org/10.1111/tpj.13840

    • 査読あり
  • [雑誌論文] LOB DOMAIN-CONTAINING PROTEIN 15 Positively Regulates Expression of VND7, a Master Regulator of Tracheary Elements2018

    • 著者名/発表者名
      Ohashi-Ito Kyoko、Iwamoto Kuninori、Fukuda Hiroo
    • 雑誌名

      Plant and Cell Physiology

      巻: 59 ページ: 989~996

    • DOI

      https://doi.org/10.1093/pcp/pcy036

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A small peptide modulates stomatal control via abscisic acid in long-distance signalling2018

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Fuminori、Suzuki Takehiro、Osakabe Yuriko、Betsuyaku Shigeyuki、Kondo Yuki、Dohmae Naoshi、Fukuda Hiroo、Yamaguchi-Shinozaki Kazuko、Shinozaki Kazuo
    • 雑誌名

      Nature

      巻: 556 ページ: 235~238

    • DOI

      https://doi.org/10.1038/s41586-018-0009-2

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Rho-based reaction-diffusion system governs cell wall patterning in metaxylem vessels2018

    • 著者名/発表者名
      Nagashima Yoshinobu、Tsugawa Satoru、Mochizuki Atsushi、Sasaki Takema、Fukuda Hiroo、Oda Yoshihisa
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 8 ページ: 1-17

    • DOI

      DOI:10.1038/s41598-018-29543-y

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Cargo‐dependent and cell wall‐associated xylem transport in Arabidopsis2018

    • 著者名/発表者名
      Endo Satoshi、Iwai Yumi、Fukuda Hiroo
    • 雑誌名

      New Phytologist

      巻: 222 ページ: 159~170

    • DOI

      https://doi.org/10.1111/nph.15540

  • [雑誌論文] Ectopic Vascular Induction in Arabidopsis Cotyledons for Sequential Analysis of Phloem Differentiation2018

    • 著者名/発表者名
      Nurani Alif Meem、Kondo Yuki、Fukuda Hiroo
    • 雑誌名

      Plant Transcription Factors- Method and Protocols

      巻: 10 ページ: 149~159

    • DOI

      10.1007/978-1-4939-8657-6_10

  • [学会発表] Cargo-dependent and cell wall-associated xylem transport in Arabidopsis.2018

    • 著者名/発表者名
      Endo, S., Iwai1, Y. and Fukuda, H.
    • 学会等名
      International Symposium on Forest Tree Molecular Biology and Biotechnology
    • 国際学会
  • [学会発表] Keynote Lecture “The VISUAL system visualizes behavior of key regulators of vascular development.”2018

    • 著者名/発表者名
      Fukuda, H.
    • 学会等名
      International Symposium on Forest Tree Molecular Biology and Biotechnology
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Regulation of vascular cell differentiation in plants.2018

    • 著者名/発表者名
      Fukuda, H.
    • 学会等名
      A seminar in Beiging Forest University
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Key regulators governing vascular cell differentiation.2018

    • 著者名/発表者名
      Fukuda, H.
    • 学会等名
      A seminar in the Institute of Genetics and Developmental Biology
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] How are regulated vascular stem cell fates in plants?2018

    • 著者名/発表者名
      Fukuda, H.
    • 学会等名
      Peking University Friday Seminer Series
    • 国際学会 / 招待講演
  • [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.bs.s.u-tokyo.ac.jp/~seigyo/

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公開日: 2019-12-27  

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