| 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 |
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| 研究課題/領域番号 |
17H06476
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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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)
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| 研究分担者 |
近藤 侑貴 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (70733575)
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| 研究期間 (年度) |
2017-06-30 – 2022-03-31
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| キーワード | 植物 / 気孔 / 維管束 / 一過的幹細胞 / 恒久的幹細胞 / 一細胞解析 / 非対称分裂 / 対称分裂 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、植物表皮の気孔をつくる一過的な幹細胞、および、植物の二次成長を担う維管束の恒久的な幹細胞に着目し、それら幹細胞の一細胞レベルでの観察と操作が可能な系を確立・駆使し、そのゲノム動態や分裂能を比較解析することにより、植物の多能性幹細胞の本質に迫ることを目的とする。
研究代表者（鳥居）は、RNAシーケンス法とクロマチン免疫沈降シーケンス法を統合し、気孔分化のマスター因子MUTEの直接標的因子を同定、解析した。その結果、MUTEを頂点としたこの遺伝子制御ネットワーク回路によって、気孔の最終分裂が厳密に一回だけ起こり、２つの孔辺細胞が穴を囲んだ形状の気孔ができることを明らかにした。気孔系譜の前駆体幹細胞が、非対称分裂から対称分裂（最終分裂）へ切り替わるプロセスに関わる細胞周期因子をさらに探索した。その結果、MUTEによって誘導されるサイクリンキナーゼ阻害因子（SMR）が候補因子として挙げられた。さらにMUTEによって、植物ホルモンオーキシンの合成、輸送、伝達に関わる多くの因子が抑制されていることから、オーキシン抑制が一過性幹細胞の終焉に関わる可能性が示唆された。
研究分担者（近藤）は、維管束分化誘導システムVISUALをベースにした遺伝学的から幹細胞運命を制御する転写因子BES1ファミリーの中に逆の作用をもつユニークなメンバーの存在を見出した。この遺伝子を過剰発現すると維管束領域が拡大し、一方で機能欠損植物体では維管束領域の縮小がみられた。BES1ファミリー内の競合的な関係性が幹細胞の永続性を担う機構の１つであることが示唆された。また、VISUALと新たに開発したVISUAL-PHを用いた形成層1細胞のRT-PCR比較解析から形成層細胞が3つのサブタイプにわけられること、そしてそれを特徴づける遺伝子を特定することに成功した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
研究代表者（鳥居）は、気孔系譜におけるエピゲノム動態を改良版INTACT法とATACシーケンス法を用いて解析し、ゲノム上における気孔系譜に特徴的なシス制御エレメント候補を同定した。気孔系譜の幹細胞状態から分化過程においてクロマチン動態が大きく変動することもわかってきた。現在、シロイヌナズナ芽生え地上部全体の一細胞レベルでのATACシーケンスの条件検討を行っている。また、研究分担者（近藤）が着手している維管束幹細胞については、BES1ファミリー内での競合的な関係性が当初の研究課題であった幹細胞の永続性を支える仕組みの１つであることが明らかとなった。そして1細胞解析でもサブタイプを特徴づけるマーカーがそれぞれ見つかり、タイムラプス1細胞解析の基盤が整った。
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| 今後の研究の推進方策 |
気孔系譜細胞に関しては、一細胞レベルでのエピゲノムおよび遺伝子発現の変化の解析を進展させる。さらに、植物ホルモンオーキシンによる気孔系譜の幹細胞維持と分化の制御機構に切り込むとともに、新規の細胞周期抑制因子（サイクリン依存キナーゼ阻害タンパク質）が、気孔系譜の最終分裂と孔辺細胞の分化をどのように統合するか明らかにしていく。
また維管束幹細胞については、BES1ファミリー内での競合がどのように永続性に貢献しているか領域内の連携をとおして、数理モデルの観点から明らかにしていく。引き続き１細胞解析を進め、擬時刻上における遺伝子発現の変化、そしてタイムラプスイメージングによる遺伝子発現動態を明らかにしていく。
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