| 研究領域 | 植物発生ロジックの多元的開拓 |
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| 研究課題/領域番号 |
25113007
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| 研究機関 | 奈良先端科学技術大学院大学 |
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研究代表者 |
中島 敬二 奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 教授 (80273853)
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| 研究期間 (年度) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| キーワード | 植物 / 発生 / 組織分化 / 根冠 / マイクロRNA |
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| 研究実績の概要 |
パターン形成は多細胞生物の発生の根幹をなすプロセスであり、細胞群の高度に秩序だった分裂と分化により達成される。本研究課題では、モデル植物であるシロイヌナズナを用い、根や胚における位置情報の伝達機構と機能発現の過程を明らかにする。
本年度は根幹組織の分化制御について、重要な知見が得られた。根冠は分裂組織の保護や土壌環境との相互作用を担う重要な組織であり、細胞運命決定から細胞死や剥離に至る一連の細胞分化過程を比較的容易に観察できる優れたモデル実験系である。根冠の分化にはARF10およびARF16遺伝子の発現領域の制御が重要な役割を果たす。今年度の研究により、miR160の産生が根の内皮よりも内側の細胞層に限定化されていること、miR160が細胞非自律的に機能し得ること、miR160耐性型ARF10が根の全細胞層で発現し、根冠様の細胞を異所的に分化させること、の3つを明らかにした。これにより、根の内側で産生されるmiR160がARF10の発現領域を転写後制御することで、根冠の分化領域が決定されるという新しい知見を得ることができた。またmiR160の細胞非自律的機能が果たす役割を解析するため、miRNAの細胞間移行経路とされる原形質連絡の透過性を人為的に制御できる植物を作製した。
一方、根冠の機能発現は、SMB, BRN1, BRN2の３つのNAC転写因子により制御される。これらの制御因子の過剰発現体や変異体を用いたマイクロアレイ解析により、根冠の最外層で特異的に発現するポリガラクツロン酸分解酵素を見出した。この遺伝子の機能喪失型変異体と過剰発現体は、ともに根冠の剥離に異常を示すことが見出された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
根冠細胞の運命決定において、miR160によるARF10の空間的発現制御の重要性が明らかとなった。miR160は根の内皮より内側の細胞層で産生されていることから、内側の細胞層による外側の細胞の分化調節、という新たな制御系の存在を明らかにすることができた。また、根冠分化のマスター制御因子の下流遺伝子を網羅的に解析することにより、多数の代謝酵素遺伝子を同定することができた。これらの中に根冠最外層で特異的に発現する細胞壁分解酵素を見出し機能解析を行った結果、根冠細胞の剥離に機能する新奇な酵素遺伝子であることがわかった。これらの研究成果により、根冠細胞の分化を、細胞運命の決定から細胞の自発的剥離に至る一連の過程として、解き明かすことに成功した。
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| 今後の研究の推進方策 |
miR160耐性型ARF10は根の全細胞層で構成的に発現していたが、ARF10遺伝子の制御領域のみでは、このような広範な発現パターンを示さないことが分かっている。この原因として、miR160耐性型ARF10の発現により、根の各細胞層の転写制御系自体が大きく影響を受けた可能性が考えられる。あるいは、ARF10遺伝子のコード領域やイントロンに、未知の転写活性化領域が存在している可能性も考えられる。今後はARF10タンパク質の機能を喪失させるような点変異を導入した遺伝子にGFPレポーターをtranslationalに融合し、実際の転写領域を詳細に解析する。またNAC転写因子の下流で制御される代謝酵素遺伝子群が、根冠の代謝産物にどのような影響を及ぼすのか、またこれらの遺伝子群がNAC転写因子よって直接転写制御されるのかを解析する。また根におけるmiRNAの細胞非自律性について、その普遍性を明らかにするための実験をおこなう。
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