細胞の動的挙動にもとづく葉の発生堅牢性とその多様化の機構

2023 年度 実績報告書

• 研究領域: 細胞システムの自律周期とその変調が駆動する植物の発生
• 研究課題/領域番号: 19H05672
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 塚谷 裕一 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (90260512)
• 研究分担者: 堀口 吾朗 立教大学, 理学部, 教授 (70342847)
• 研究期間 (年度): 2019-06-28 – 2024-03-31
• キーワード: 葉 / 輪郭形状 / 数理 / 動的挙動 / 多様化

研究実績の概要

水環境によって葉の形態を大きく変えるミズハコベ (2020 Front Plant Sci.; 2021 Plant Cell)を含むアワゴケ属の種間で、気孔系譜における増幅分裂の有無が生態型と連関することを発見し、遺伝子発現変化がこの多様性をもたらしたという仮説を立てた（Doll et al. 2021 PNAS）。さらにシロイヌナズナ形質転換系統によってこれを検証し、妥当性を示した（2023 J. Exp. Bot.）。
モノフィレアについては、無限成長する葉の基部にあるメリステムで、AN3とSTMが共発現する現象（2020 Front. Plant Sci.）や、植物ホルモンによる一葉性の制御の知見を得た（2022 Front. Plant Sci）。さらに通常の植物でSAMと葉原基を切り分けるCUC遺伝子群の発現を解析した結果、栄養成長期メリステムではCUCとSTMの発現が空間的に重複していることから、SAMがネオテニー現象を示していると解釈できた（2024 Sci. Rep.）。
また複葉でありながら先端で繰り返し小葉を作る無限成長性のGuarea属については、その葉の頂端メリステムについて、SAMや小葉原基との間でRNAプロファイルを比較解析した。その結果、葉頂端メリステムではこれまで解析例のほとんどないサブクラスのKNOX I遺伝子が特異発現していることを見出した(2023 Sci. Rep.)。
望月班との共同研究になる数理解析では、シロイヌナズナにおける萼片と花弁の形状の違いが、それぞれの原基における分裂組織の位置の違いだけで説明できることを示した（2022 Development）。また葉の輪郭形状と動的な細胞挙動の関係性について、数理的な解析をすることで、葉の先端が尾状に伸びる形態を実現する葉原基の動的条件を絞り込むことに成功した（投稿準備中）。
さらに当初予想外の知見として、ヤブカラシの花が3回周期的に色を変える現象を見つけ、2回以上周期変化する初の例として報告した（2022 Sci. Rep）。

現在までの達成度 (段落)

令和5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5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 Lyon(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: University of Lyon
• [国際共同研究] Universidad Miguel Hernandez(スペイン)
  • 国名: スペイン
  • 外国機関名: Universidad Miguel Hernandez
• [雑誌論文] First records of non-native species Callitriche deflexa (Plantaginaceae), which was previously misidentified as C. terrestris in Japan (2024)
  • 著者名/発表者名: Koga Hiroyuki、Doll Yuki、Ohnishi Wataru、Tsukaya Hirokazu
  • 雑誌名: Biodiversity Data Journal 巻: 12 ページ: e115142
  • DOI: 10.3897/BDJ.12.e115142
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Decoding the leaf apical meristem of Guarea glabra Vahl (Meliaceae): insight into the evolution of indeterminate pinnate leaves (2024)
  • 著者名/発表者名: Moriyama Yasutake、Koga Hiroyuki、Tsukaya Hirokazu
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 14 ページ: 5166
  • DOI: 10.1038/s41598-024-55882-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Precocious cell differentiation occurs in proliferating cells in leaf primordia in Arabidopsis angustifolia3 mutant (2024)
  • 著者名/発表者名: Ezaki Kazune、Koga Hiroyuki、Takeda-Kamiya Noriko、Toyooka Kiminori、Higaki Takumi、Sakamoto Shingo、Tsukaya Hirokazu
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 15 ページ: 1322223
  • DOI: 10.3389/fpls.2024.1322223
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Contribution of vasculature to stem integrity in Arabidopsis thaliana (2023)
  • 著者名/発表者名: Asaoka Mariko、Sakamoto Shingo、Gunji Shizuka、Mitsuda Nobutaka、Tsukaya Hirokazu、Sawa Shinichiro、Hamant Olivier、Ferjani Ali
  • 雑誌名: Development 巻: 150 ページ: dev201156
  • DOI: 10.1242/dev.201156
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental validation of the mechanism of stomatal development diversification (2023)
  • 著者名/発表者名: Doll Yuki、Koga Hiroyuki、Tsukaya Hirokazu
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 巻: 74 ページ: 5667～5681
  • DOI: 10.1093/jxb/erad279
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cavity and entrance pore development in ant plant hypocotyls (2023)
  • 著者名/発表者名: Tsukaya Hirokazu、Ohtake Yutaka
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 14 ページ: 1234650
  • DOI: 10.3389/fpls.2023.1234650
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] A cell-based theory of tip growth and negative curvature formation: case study of Triadica sebifera and its generalization " (2024)
  • 著者名/発表者名: Wang Z., Inoue Y., Mochizuki A., Tsukaya H.
  • 学会等名: 日本植物生理学会第65回年会
• [学会発表] 一葉植物モノフィレアの特異的な分裂組織における細胞レベルの遺伝子発現解析 (2024)
  • 著者名/発表者名: 中村 駿志、古賀 皓之、木下 綾華、塚谷 裕一
  • 学会等名: 日本植物生理学会第65回年会
• [学会発表] 水陸両生植物2 種における根の表現型可塑性の発生的収斂進化 (2024)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 友、古賀 皓之、塚谷 裕一
  • 学会等名: 日本植物生理学会第65回年会
• [学会発表] Amborella trichopodaとシロイヌナズナのトランスクリプトーム/ ゲノムデータを用いた被子植物の葉の獲得に関する進化発生学的研究 (2024)
  • 著者名/発表者名: 中山 北斗、塚谷 裕一
  • 学会等名: 日本植物生理学会第65回年会
• [学会発表] Role of pre-mRNA splicing in lateral root morphogenesis regulated by plastid signal (2023)
  • 著者名/発表者名: Takayanagi N., Arae T., Takahashi H., Shimizu T., Horiguchi G., Aida M., Fukaki H., Masuda T., Notaguchi M., Hirayama T., Ohtani M.
  • 学会等名: The 33rd International Conference on Arabidopsis Research
  • 国際学会
• [学会発表] Contribution of epidermis and vasculature to the mechanical integrity of Arabidopsis inflorescence stem (2023)
  • 著者名/発表者名: Asaoka M., Sakamoto S., Gunji S., Mitsuda N., Tsukaya H., Sawa S., Hamant O., Ferjani A.
  • 学会等名: The 33rd International Conference on Arabidopsis Research
  • 国際学会
• [学会発表] Cloning and functional analyses of SET gene whose loss-of-function suppresses de-etiolatedt3-1 Inflorescence stem dwarfism (2023)
  • 著者名/発表者名: Gunji S., Kizu R., Kimura H., Hashimoto R., Ishizuki N., Ichikawa M., Motoike T., Koga H., Hanai K., Hirano T., Kazama Y., Abe T., Mitsuda N., Sakamoto S., Horiguchi G., Sawa S., Tsukaya H., Ferjani A.
  • 学会等名: The 33rd International Conference on Arabidopsis Research
  • 国際学会
• [学会発表] Genetics and Multi-Omics Integration Analyses Identified Cell Differentiation state maintenance mechanisms in hope-1 mutant hypocotyls (2023)
  • 著者名/発表者名: Ferjani A., Shiratori M., Takahashi K., Tabeta H., Koga H., Gunji S., Sato M., Horiguchi G., Yokota Hirai M., Tsukaya H.
  • 学会等名: The 33rd International Conference on Arabidopsis Research
  • 国際学会
• [学会発表] Multi-platform metabolomics identified key metabolites that coordinate cell number and size during leaf morphogenesis (2023)
  • 著者名/発表者名: Tabeta H., Koga H., Sato M., Tsukaya H., Hirai MY., Ferjani A.
  • 学会等名: The 33rd International Conference on Arabidopsis Research
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis of gene expression patterns in specific meristems of one-leaf plant Monophyllaea glabra by whole-mount in situ hybridization (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakamura S., Kinoshita A., Koga H., Tsukaya H.
  • 学会等名: The 33rd International Conference on Arabidopsis Research
  • 国際学会
• [学会発表] Experimental validation of the mechanism of stomatal development diversification (2023)
  • 著者名/発表者名: Doll Y., Koga H., Tsukaya H.
  • 学会等名: The 33rd International Conference on Arabidopsis Research
  • 国際学会
• [学会発表] From tropical forests to our laboratory (2023)
  • 著者名/発表者名: Tsukaya H.
  • 学会等名: 【植物の周期と変調】国際若手ワークショップ
• [学会発表] Analysis of gene expression patterns in specific meristems of one-leaf plant Monophyllaea glabra by whole-mount in situ hybridization (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakamura S., Kinoshita A., Koga H., Tsukaya H.
  • 学会等名: 【植物の周期と変調】国際若手ワークショップ
• [学会発表] Genomic perspectives in the control of dimorphic leaf morphogenesis in an amphibious plant Callitriche palustris (2023)
  • 著者名/発表者名: Koga H.
  • 学会等名: 【植物の周期と変調】国際若手ワークショップ
• [学会発表] 細胞の動的挙動にもとづく葉の発生堅牢性とその多様化の機構 (2023)
  • 著者名/発表者名: 塚谷 裕一
  • 学会等名: 新学術領域研究「植物の周期と変調」令和５年度第１回領域会議
• [学会発表] 一葉植物モノフィレアにおける一葉性の分子機構の解明に向けて (2023)
  • 著者名/発表者名: 中村 駿志
  • 学会等名: 新学術領域研究「植物の周期と変調」令和５年度第１回領域会議
• [学会発表] Regulating lateral organ shape uniqueness: influence of meristem position and cell division angles (2023)
  • 著者名/発表者名: 王 子寧
  • 学会等名: 新学術領域研究「植物の周期と変調」令和５年度第１回領域会議
• [学会発表] 水草ミズハコベのゲノム解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 古賀 皓之
  • 学会等名: 新学術領域研究「植物の周期と変調」令和５年度第１回領域会議
• [学会発表] Analysis of gene expression patterns in the groove meristem involved in new organ formation in the one leaf plant Monophyllaea (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakamura S., Kinoshita A., Koga H., Tsukaya H.
  • 学会等名: 日本進化学会第25回大会
• [学会発表] Comparative genome analysis of amphibious and terrestrial species in Callitriche (Plantginaceae) (2023)
  • 著者名/発表者名: 古賀 皓之、ドル 有生、 塚谷 裕一
  • 学会等名: 日本進化学会第25回大会
• [学会発表] メタボロミクスによる細胞数と細胞サイズの協調を担う代謝産物群の探索 (2023)
  • 著者名/発表者名: 多部田 弘光、佐藤 心郎、郡司 玄、塚谷 裕一、平井 優美、Ferjani Ali
  • 学会等名: 日本植物形態学会第35回大会
• [学会発表] Investigation of the relationship between petiole formation and the adaxial-abaxial patterning in Arabidopsis (2023)
  • 著者名/発表者名: Yujie Zhao、中山 北斗、塚谷 裕一
  • 学会等名: 日本植物形態学会第35回大会
• [学会発表] 水陸両生植物ミズハコベにおける「異形根性」の発見とその発生制御機構の解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 友、ドル 有生、古賀 皓之、塚谷 裕一
  • 学会等名: 日本植物形態学会第35回大会
• [学会発表] モノフィレア特異的な分裂組織における境界領域遺伝子CUP-SHAPED COTYLEDON(CUC)オーソログの役割について (2023)
  • 著者名/発表者名: 中村 駿志、木下 綾華、古賀 皓之、塚谷 裕一
  • 学会等名: 日本植物形態学会第35回大会
• [学会発表] 水草アワゴケ属のユニークな自家受精様式「内性隣花受精」の形態学的観察 (2023)
  • 著者名/発表者名: 八廣 遥斗、塚谷 裕一、古賀 皓之
  • 学会等名: 日本植物形態学会第35回大会
• [学会発表] イチョウの葉原基における形態形成過程の解析手法 (2023)
  • 著者名/発表者名: 砂川 勇太、江崎 和音、塚谷 裕一
  • 学会等名: 日本植物形態学会第35回大会
• [学会発表] アワゴケ属陸生種のシュート再生の条件検討 (2023)
  • 著者名/発表者名: 上村 智稀、古賀 皓之、塚谷 裕一
  • 学会等名: 日本植物形態学会第35回大会
• [学会発表] ピロリン酸の過剰蓄積は子葉の初期発生において細胞自律的に影響する (2023)
  • 著者名/発表者名: 郡司 玄、川出 健介、多部田 弘光、堀口 吾朗、浅岡 真理子、及川 彰、平井 優美、塚谷 裕一、Ferjani Ali
  • 学会等名: 日本植物形態学会第35回大会
• [学会発表] de-etiolated3の矮化を抑圧する変異体の遺伝学的解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 木津 亮介、郡司 玄、古賀 晧之、堀口 吾朗、光田 展隆、塚谷 裕一、Ferjani Ali
  • 学会等名: 日本植物形態学会第35回大会
• [学会発表] 多部田 弘光、郡司 玄、塚谷 裕一、平井 優美、Ferjani Ali (2023)
  • 著者名/発表者名: fugu5の補償的細胞肥大を特異的に促進する鍵代謝産物の特定
  • 学会等名: 日本植物形態学会第35回大会
• [学会発表] hope-1の胚軸に自発的に生じるカルスの遺伝学的およびオミクス解析を駆使した形成メカニズムの解明 (2023)
  • 著者名/発表者名: 白鳥 みづき、高橋 和希、多部田 弘光、古賀 皓之、郡司 玄、佐藤 心朗、堀口 吾朗、平井 優美、塚谷 裕一、Ferjani Ali
  • 学会等名: 日本植物形態学会第35回大会
• [学会発表] アワゴケ属（オオバコ科）植物の葉における気孔分布の多様性 (2023)
  • 著者名/発表者名: ドル 有生、古賀 皓之、塚谷 裕一
  • 学会等名: 日本植物形態学会第35回大会
• [学会発表] 水草ミズハコベに近縁な陸生種ナガエアワゴケにおける異形葉性遺伝子の解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 上村 智稀、古賀 皓之、塚谷 裕一
  • 学会等名: 日本植物学会 第87回大会
• [学会発表] ワイドターゲットメタボロミクスによる葉面積制御に資する機能性代謝産物群の探索 (2023)
  • 著者名/発表者名: 多部田 弘光、古賀 皓之、佐藤 心郎、塚谷 裕一、フェルジャニ アリ、平井 優美
  • 学会等名: 日本植物学会 第87回大会
• [学会発表] アワゴケ属（オオバコ科）陸生種と水陸両生種の比較ゲノム解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 古賀 皓之、ドル 有生、塚谷 裕一
  • 学会等名: 日本植物学会 第87回大会
• [学会発表] 花序・花芽形成過程におけるモノフィレア特有の分裂組織での遺伝子発現パターンの解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 中村 駿志、木下 綾華、古賀 皓之、塚谷 裕一
  • 学会等名: 日本植物学会 第87回大会
• [学会発表] シロイヌナズナAN3-GRFモジュールにおけるシュート／地下部境界制御 (2023)
  • 著者名/発表者名: 水流 諒花、保田 歩 塚谷 裕一、堀口 吾朗
  • 学会等名: 日本植物学会 第87回大会
• [学会発表] 染色体部分重複により小型葉を形成するoli6-DにおけるCRISPR/Cas9 法による原因遺伝子の探索 (2023)
  • 著者名/発表者名: 武田 理沙、宇井 拓海、塚谷 裕一、佐藤 翔紀、堀口 吾朗
  • 学会等名: 日本植物学会 第87回大会
• [学会発表] Crassothonna属（キク科）の多肉葉に見られる細胞サイズの増加は核内倍化と関連する (2023)
  • 著者名/発表者名: 中山 北斗、澤﨑 賢斗、ドル 有生、古賀 皓之、森山 安武、塚谷 裕一
  • 学会等名: 日本植物学会 第87回大会
• [学会発表] 植物リボソームストレスシグナル伝達因子SZK2 の細胞内局在性の解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 岩瀬 七子、五十嵐 幹太、飛田 祥吾、前川 修吾、塚谷 裕一、堀口 吾朗
  • 学会等名: 日本植物学会 第87回大会
• [学会発表] Deciphering the relationship between cell division patterns and plant organ shapes (2023)
  • 著者名/発表者名: Wang Z., Inoue Y., Mochizuki A., Tsukaya H.
  • 学会等名: 日本植物学会 第87回大会
• [学会発表] マイクロCT 観察により判明したアカネ科アリ植物の内部空孔形成過程の新知見 (2023)
  • 著者名/発表者名: 塚谷 裕一
  • 学会等名: 日本植物学会 第87回大会
• [学会発表] Photosynthetic activity regulates lateral root morphogenesis via pre-mRNA spicing (2023)
  • 著者名/発表者名: Takayanagi N., Arae T., Takahashi H., Shimizu T., Horiguchi G., Aida M., Fukaki H., Masuda T., Notaguchi M., Hirayama T., Ohtani M.
  • 学会等名: Taiwan-Japan Plant Biology 2023
  • 国際学会
• [学会発表] UJA留学のすゝめ2023 （パネリスト） (2023)
  • 著者名/発表者名: 中山 北斗
  • 学会等名: 第46回日本分子生物学会年会
• [備考] 東京大学大学院理学系研究科 生物科学専攻 発生進化研究室：塚谷研
  • URL: https://www.bs.s.u-tokyo.ac.jp/~bionev2/
• [備考] 立教大学 理学部 生命理学科 分子植物発生学研究室
  • URL: https://sites.google.com/rikkyo.ac.jp/rikkyo-horiguchi-lab/home