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2017 年度 実績報告書

植物幹細胞の新生・維持に必要な非対称分裂機構の解明

計画研究

研究領域植物の生命力を支える多能性幹細胞の基盤原理
研究課題/領域番号 17H06471
研究機関名古屋大学

研究代表者

五島 剛太  名古屋大学, 理学研究科, 教授 (20447840)

研究分担者 佐藤 豊  国立遺伝学研究所, ゲノム・進化研究系, 教授 (40345872)
研究期間 (年度) 2017-06-30 – 2022-03-31
キーワード植物分子遺伝学 / 細胞生物学
研究実績の概要

幹細胞の新生と維持にはしばしば「非対称分裂」(=2つの娘細胞が異なる性質を呈するような細胞分裂様式)を伴う。本計画研究班は、植物細胞が行う非対称分裂の一連の過程、すなわち「細胞極性の確立・分裂・分化と維持」機構の解明を通じて、植物生存の永続性を支える基盤となる植物幹細胞の新生と維持の分子基盤に迫るとともに、植物幹細胞生物学分野の創生に貢献することを目指している。
これまでに、ヒメツリガネゴケの幹細胞において、非対称細胞分裂のキー構造体である微小管集合体(ガメトソームと命名)を発見した。ガメトソームを破壊すると紡錘体の配向がランダムになり、分裂面に異常をきたした(Kosetsu et al. PNAS. 2017)。また、染色体分配のための必須構造体・動原体に欠損を生じると、細胞質分裂の阻害が引き起こされることを発見した。細胞質分裂に一度だけ失敗した幹細胞はその後も分裂と分化を続け、倍数体コケが生まれた(Kozgunova et al. eLife. 2019)。
イネを用いた研究では、非対称分裂に関わることがシロイヌナズナにおいて知られているMPK6のイネオルソログであるGLE4の機能解析を行った。シロイヌナズナとは異なりイネにおいてはGLE4は接合子の非対称分裂には必須でないことが明らかになった。一方、GLE4は接合子非対称分裂後の胚の頂部-基部軸の形成に必要であることが明らかになった。このことから、接合子非対称分裂と頂部-基部の軸形成は異なる機構により制御されうることが明らかになった(論文投稿中)。

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

ヒメツリガネゴケのプロジェクトで予期しない結果が出て予定外の細胞観察実験を追加したため遅れは生じたが、最終的にこのプロジェクトを含めた複数の原著論文を公表できたため。イネのプロジェクトについても、非対称分裂と胚の極性に関するデータがまとまり、論文投稿に至ったため。

今後の研究の推進方策

(1)ヒメツリガネゴケ
微小管結合因子、キネシンモーター、分裂期シグナル伝達分子、極性化に重要な役割を果たすことが濃厚な因子の破壊株を作出する「網羅的逆遺伝学」を継続するとともに、見つかった興味深い遺伝子について、細胞内動態解析を行う。これまでに、佐藤(分担)の同定した球状型イネ胚形成突然変異体の原因遺伝子のコケオルソログについて新しい知見が得られたため、詳細な解析を進める。また最近CRISPR/Cas9法を改良し効率良く遺伝子点変異を導入することが可能になったので、従来の多重破壊株の作成に加えてプロジェクトを加速させる。
(2)イネ
GLE4/MPK6が制御する胚の極性形成に関わる他の因子の同定を進める。具体的には、GLE4/MPK6情報伝達の上位で機能する受容体型キナーゼとそのリガンドおよび下流で機能する極性維持因子等の解析を行う。これまでに、gle4突然変異とよく似た変異体の原因遺伝子として、受容体型キナーゼの突然変異ならびに、真菌類で極性維持に関与する因子が同定されている。これら因子の発現解析、細胞内や組織内での局在解析を進める。

備考

国立遺伝学研究所公開講演会「植物の形作りと作物育種」佐藤豊(招待講演)2017年

  • 研究成果

    (19件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 4件、 招待講演 3件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Ghent University(ベルギー)

    • 国名
      ベルギー
    • 外国機関名
      Ghent University
  • [雑誌論文] Cytoplasmic MTOCs control spindle orientation for asymmetric cell division in plants2017

    • 著者名/発表者名
      Kosetsu Ken、Murata Takashi、Yamada Moe、Nishina Momoko、Boruc Joanna、Hasebe Mitsuyasu、Van Damme Dani?l、Goshima Gohta
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences, USA

      巻: 114 ページ: E8847~E8854

    • DOI

      DOI:10.1073/pnas.1713925114

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] LEAF LATERAL SYMMETRY1, a Member of the WUSCHEL-RELATED HOMEOBOX3 Gene Family, Regulates Lateral Organ Development Differentially from Other Paralogs, NARROW LEAF2 and NARROW LEAF3 in Rice2017

    • 著者名/発表者名
      Honda Eriko、Yew Chow-Lih、Yoshikawa Takanori、Sato Yutaka、Hibara Ken-ichiro、Itoh Jun-Ichi
    • 雑誌名

      Plant and Cell Physiology

      巻: 59 ページ: 376~391

    • DOI

      10.1093/pcp/pcx196

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 植物特異的なキネシン -14 の機能解析2018

    • 著者名/発表者名
      山田萌恵, 五島剛太
    • 学会等名
      第59回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] Functional Analysis of KINESIN-13 in the moss Physcomitrella patens2018

    • 著者名/発表者名
      Leong Shu Yao, 山田萌恵, 五島剛太
    • 学会等名
      第59回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] 野生イネ集団(Oryza rufipogon)を用いた種子形 質制御因子の GWAS 解析2018

    • 著者名/発表者名
      Nhung Ta、佐藤(志水)佐江、高橋(野坂)実鈴、鈴木 俊哉、佐藤 豊
    • 学会等名
      日本育種学会第133回講演会
  • [学会発表] SHOOTLESS/SHOOT ORGANIZATION 経路の下流で機能するイネ幹細胞形成因子の探索2018

    • 著者名/発表者名
      高橋(野坂)実鈴、鈴木 俊哉、佐藤(志水)佐江、Nhung Ta、髙橋 宏和、鈴木 孝征、豊田 敦、中園 幹生、佐藤 豊
    • 学会等名
      日本育種学会第133回講演会
  • [学会発表] Damage-associated Plant Elicitor Peptides promote both plant growth and stress responses in rice2018

    • 著者名/発表者名
      Masako Fuji, Rena Tani, Shigetaka Yasuda, Yoshihiro Kobae, Takuma Ishizaki, Yasunari Fujita, Yutaka Sato, Yusuke Saijo
    • 学会等名
      第59回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] Spindle orientation without centrosomes2017

    • 著者名/発表者名
      五島剛太
    • 学会等名
      EMBO2017 Frontiers in Cytoskeleton Research Meeting
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Microtubules and motors in moss2017

    • 著者名/発表者名
      五島剛太
    • 学会等名
      The 1st IROAST Symposium 「Plant Cell and Developmental Biology:Approaches to Multiscale Biosystems」
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Spatiotemporal localization of outer kinetochore proteins in the moss Physcomitrella patens2017

    • 著者名/発表者名
      Elena Kozgunova
    • 学会等名
      Plant Biology 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] 植物特異的なキネシンKCHの機能解析2017

    • 著者名/発表者名
      山田萌恵
    • 学会等名
      植物細胞骨格研究会-PlantCytoskeleton2017-
  • [学会発表] Functional analysis of Kinesin-13 in the moss Physcomitrella patens2017

    • 著者名/発表者名
      Leong Shu Yao
    • 学会等名
      The 1st IROAST Symposium「Plant Cell and Developmental Biology:Approaches to Multiscale Biosystems」
    • 国際学会
  • [学会発表] イネ胚の極性を作り出すシグナル伝達2017

    • 著者名/発表者名
      佐藤豊
    • 学会等名
      第38回種子生理生化学研究会年会
    • 招待講演
  • [学会発表] イネの葉における撥水性の制御機構と多様性の解析2017

    • 著者名/発表者名
      平岩飛鳥、相賀彩織、佐藤豊、伊藤純一
    • 学会等名
      日本育種学会第132回講演会
  • [学会発表] イネの花器官サイズ変異体miniature floral organsの原因遺伝子の同定2017

    • 著者名/発表者名
      吉田均、Fabien Lombardo、秋山高、佐藤豊
    • 学会等名
      日本育種学会第132回講演会
  • [学会発表] イネの側根による通気組織形成の制御機構の解明2017

    • 著者名/発表者名
      清水春衣、Fangping Gong、高橋宏和、志水(佐藤)佐江、佐藤豊、中園幹生
    • 学会等名
      日本育種学会第132回講演会
  • [図書] Rice Genomics, Genetics and Breeding2018

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Sato, Misuzu Nosaka-Takahashi, Toshiya Suzuki, Sae Shimizu-Sato
    • 総ページ数
      558
    • 出版者
      Springer
    • ISBN
      978-981-10-7460-8
  • [備考] 五島研究室ホームページ

    • URL

      http://bunshi4.bio.nagoya-u.ac.jp/~tenure2/goshima.html

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公開日: 2019-12-27  

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