植物幹細胞の一過性と永続性を制御する分子メカニズムの解明

2021 年度 実績報告書

• 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: 17H06476
• 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)
• 研究分担者: 近藤 侑貴 神戸大学, 理学研究科, 准教授 (70733575)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2022-03-31
• キーワード: 一過性幹細胞 / 恒久性幹細胞 / 非対称分裂 / 対称分裂 / 維管束幹細胞 / 転写因子競合 / 細胞周期 / 細胞分化

研究実績の概要

植物の気孔は、葉など光合成器官の未分化な原表皮細胞が非対称分裂を起こし、一過的幹細胞であるメリステモイド細胞が増殖後、速やかに分化することにより形成される。本研究では、細胞周期の多色蛍光マーカーを用いたライブイメージングから、非対称分裂よりも気孔を分化する最終の対称分裂は遅いことを明らかにした。さらに、気孔系譜幹細胞の分化を惹起する指令転写因子MUTEにより、細胞周期の促進因子と抑制因子の両方の発現が誘導され、非対称分裂から対称分裂への転換、および、対称分裂が一回だけ厳密に起こることにより一対の気孔ができる機構を解明した。さらには、気孔系譜におけるクロマチン領域のダイナミクスの解析を介して、幹細胞状態から分化への転換時に、MUTEが引き金となりクロマチン動態が大きく変動する仕組みも明らかにした。さらに、シロイヌナズナ近縁種の水陸両生植物を用いた気孔形成の環境制御へも切り込んだ。

植物の二次肥大成長を担う維管束幹細胞は、常に形成層分裂組織内に維持され続ける。本研究では、維管束分化誘導系VISUALを用いた遺伝学的解析から維管束幹細胞の未分化性の維持に関わる因子としてBES/BZR転写因子ファミリーが働くことを明らかにした。更に遺伝学解析を進め、BES/BZR転写因子間の競合関係が維管束幹細胞の活性の安定化に重要であることを明らかにした。また、BES/BZR転写因子の上流では、細胞外シグナルである分化抑制因子TDIFと分化促進因子BRが競合的に働くことも見出された。以上の結果から、維管束幹細胞の維持においては、シグナル伝達が様々な段階で競合することによりロバストに制御されていることが示唆された。

現在までの達成度 (段落)

令和3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

令和3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/Texas A&M University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: University of Washington/Texas A&M University
• [国際共同研究] Swedish Univ. Agricultural Sciences(スウェーデン)
  • 国名: スウェーデン
  • 外国機関名: Swedish Univ. Agricultural Sciences
• [国際共同研究] Spanish National Research Council(スペイン)
  • 国名: スペイン
  • 外国機関名: Spanish National Research Council
• [国際共同研究] Sainsbury Lab at Cambridge/John Innes Centre(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: Sainsbury Lab at Cambridge/John Innes Centre
• [国際共同研究] University of Zurich/University of Lausanne(スイス)
  • 国名: スイス
  • 外国機関名: University of Zurich/University of Lausanne
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 4
• [雑誌論文] Deceleration of the cell cycle underpins a switch from proliferative to terminal divisions in plant stomatal lineage (2022)
  • 著者名/発表者名: Han Soon-Ki、Herrmann Arvid、Yang Jiyuan、Iwasaki Rie、Sakamoto Tomoaki、Desvoyes Benedicte、Kimura Seisuke、Gutierrez Crisanto、Kim Eun-Deok、Torii Keiko U.
  • 雑誌名: Developmental Cell 巻: 57 ページ: 569～582.e6
  • DOI: 10.1016/j.devcel.2022.01.014
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Intragenic suppressors unravel the role of the SCREAM ACT-like domain for bHLH partner selectivity in stomatal development (2022)
  • 著者名/発表者名: Seo Hyemin、Sepuru Krishna Mohan、Putarjunan Aarthi、Aguirre Lyndsey、Burrows Benjamin A.、Torii Keiko U.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 119 ページ: e2117774119
  • DOI: 10.1073/pnas.2117774119
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Competitive action between Brassinosteroid and tracheary element differentiation inhibitory factor in controlling xylem cell differentiation (2022)
  • 著者名/発表者名: Kondo Yuki
  • 雑誌名: Plant Biotechnology 巻: 39 ページ: 59～64
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.21.1109a
  • 査読あり
• [雑誌論文] A glycogen synthase kinase 3-like kinase MpGSK regulates cell differentiation in Marchantia polymorpha (2022)
  • 著者名/発表者名: Furuya Tomoyuki、Nishihama Ryuichi、Ishizaki Kimitsune、Kohchi Takayuki、Fukuda Hiroo、Kondo Yuki
  • 雑誌名: Plant Biotechnology 巻: 39 ページ: 65～72
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.21.1219a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cell biology of the leaf epidermis: Fate specification, morphogenesis, and coordination (2021)
  • 著者名/発表者名: Zuch Daniel T、Doyle Siamsa M、Majda Mateusz、Smith Richard S、Robert Stephanie、Torii Keiko U
  • 雑誌名: The Plant Cell 巻: 34 ページ: 209～227
  • DOI: 10.1093/plcell/koab250
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The boundary-expressed EPIDERMAL PATTERNING FACTOR-LIKE2 gene encoding a signaling peptide promotes cotyledon growth during Arabidopsis thaliana embryogenesis (2021)
  • 著者名/発表者名: Fujihara Rina、Uchida Naoyuki、Tameshige Toshiaki、Kawamoto Nozomi、Hotokezaka Yugo、Higaki Takumi、Simon Rudiger、Torii Keiko U、Tasaka Masao、Aida Mitsuhiro
  • 雑誌名: Plant Biotechnology 巻: 38 ページ: 317～322
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.21.0508a
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Stomatal development in the context of epidermal tissues (2021)
  • 著者名/発表者名: Torii Keiko U
  • 雑誌名: Annals of Botany 巻: 128 ページ: 137～148
  • DOI: 10.1093/aob/mcab052
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Plant stem cell research is uncovering the secrets of longevity and persistent growth (2021)
  • 著者名/発表者名: Umeda Masaaki、Ikeuchi Momoko、Ishikawa Masaki、Ito Toshiro、Nishihama Ryuichi、Kyozuka Junko、Torii Keiko U.、Satake Akiko、Goshima Gohta、Sakakibara Hitoshi
  • 雑誌名: The Plant Journal 巻: 106 ページ: 326～335
  • DOI: 10.1111/tpj.15184
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Gene co-expression network analysis identifies BEH3 as a stabilizer of secondary vascular development in Arabidopsis (2021)
  • 著者名/発表者名: Furuya Tomoyuki、Saito Masato、Uchimura Haruka、Satake Akiko、Nosaki Shohei、Miyakawa Takuya、Shimadzu Shunji、Yamori Wataru、Tanokura Masaru、Fukuda Hiroo、Kondo Yuki
  • 雑誌名: The Plant Cell 巻: 33 ページ: 2618～2636
  • DOI: 10.1093/plcell/koab151
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] WIND transcription factors orchestrate wound‐induced callus formation, vascular reconnection and defense response in Arabidopsis (2021)
  • 著者名/発表者名: Iwase Akira、Kondo Yuki、Laohavisit Anuphon、Takebayashi Arika、Ikeuchi Momoko、Matsuoka Keita、Asahina Masashi、Mitsuda Nobutaka、Shirasu Ken、Fukuda Hiroo、Sugimoto Keiko
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 232 ページ: 734～752
  • DOI: 10.1111/nph.17594
  • 査読あり
• [学会発表] Competitive action among BES/BZR transcription factors enables the robust control of vascular stem cells (2022)
  • 著者名/発表者名: Tomoyuki Furuya, Yuki Kondo
  • 学会等名: 第63回日本植物生理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 水陸両生植物Rorippa aquaticaは水中環境へ適応のためエチレンと光のシグナル経路を再配線し水没に応答した気孔分化制御を行なっている (2022)
  • 著者名/発表者名: 池松 朱夏 馬瀬 樹志 塩崎 真子 中山 壮大 野口 楓子 坂本 智昭 木村 成介 鳥居 啓子
  • 学会等名: 植物生理学会年会
• [学会発表] Slowing Down for Perfection: Transcription factor-orchestrated cell cycle switch from proliferative- to-terminal division in plants (2021)
  • 著者名/発表者名: Keiko U. Torii
  • 学会等名: HHMI Meeting, Molecular and Cellular Neurosciences
• [学会発表] Slowing Down for Perfection: Transcription factor-orchestrated cell cycle switch from proliferative- to-terminal division in plants (2021)
  • 著者名/発表者名: Keiko U. Torii
  • 学会等名: Southwest Society for Developmental Biology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Slowing Down for Perfection: Transcription factor-orchestrated cell cycle switch from proliferative- to-terminal division in plants (2021)
  • 著者名/発表者名: Keiko U. Torii
  • 学会等名: Plant Biology 2021 World Summit, the American Society of Plant Biologists
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Understanding “Multicellularity” through the lens of a plant (2021)
  • 著者名/発表者名: Keiko U. Torii
  • 学会等名: Janelia 4D Cell Biology Workshop -Evolution of Multicellularity
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 維管束幹細胞の運命はどのようして決まるのか？ (2021)
  • 著者名/発表者名: 近藤侑貴
  • 学会等名: 樹木の生態に対するシンクベースの生理的機序からの探求 III
  • 招待講演
• [学会発表] VISUALを用いた維管束細胞運命決定機構の研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 近藤侑貴
  • 学会等名: 2021年 日本植物学会第85回大会（学会賞講演）
  • 招待講演
• [学会発表] Deceleration of cell cycle underpins a switch from proliferative to terminal division in plant stomatal lineage (2021)
  • 著者名/発表者名: Soon-Ki Han, Arvid Herrmann, Jiyuan Yang, Machiko Arakawa, Rie Iwasaki, Tomoaki Sakamoto, Seisuke Kimura, Eun-Deok Kim, and Keiko U. Torii
  • 学会等名: International conference of the Korean society for molecular and cellular biology (KSMCB)
  • 国際学会
• [図書] 私の科学者ライフ (2021)
  • 著者名/発表者名: 女性科学者に明るい未来をの会
  • 総ページ数: 288
  • 出版者: 日本評論社
  • ISBN: 978-4-535-78930-2
• [備考] How One of the Most Important Cell Types Form
  • URL: https://research.utexas.edu/showcase/articles/view/unraveling-how-one-of-the-most-important-cell-types-form
• [備考] 植物の気孔はじっくり時間をかけてつくられる（名古屋大学 研究フロントライン）
  • URL: https://note.com/nagoya_ura/m/m1e09136b6f58