植物器官の形態形成に関わる遺伝的プログラム

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06278103
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 岡田 清孝 京都大学, 大学院・理学研究科, 教授 (50101093)
• 研究分担者: 松岡 信 名古屋大学, 生物分子応答研究センター, 教授 (00270992) ; 柿本 辰男 大阪大学, 大学院・理学研究科, 助手 (70214260) ; 飯田 滋 岡崎国立共同研究機構, 基礎生物学研究所, 教授 (30012777) ; 福田 裕穂 東京大学, 理学部・付属植物園, 教授 (10165293) ; 町田 泰則 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 教授 (80175596)
• キーワード: 植物形態形成 / 植物器官プラン / トランスジェニック植物 / シロイヌナズナ / イネ / シグナル伝達 / 細胞分化 / 転写因子

研究概要

本重点領域研究は、分裂組織から器官が分化する過程に関与する遺伝子を同定・分離し、プログラム作動の鍵となる上位の制御遺伝子を解析することによって、植物の可変的な器官プランを支配する遺伝的制御機構を理解することを目的としているが、今年度は、シロイヌナズナおよびイネから得られた形態異常突然変異体、特に分裂組織構築異常および器官発生異常突然変異から変異遺伝子を単離し、構造、機能と発現制御の機構を調べるとともに新たな突然変異体の分離をおこなった。岡田は、シロイヌナズナのFIL遺伝子が花芽分裂組織の形成と維持、および花器官の分化のすべての過程に必要であることを示した。また、花器官分化を制御するAGAMOUSタンパク質は転写因子の機能を持つと考えられているが、標的遺伝子を捜すために花芽組織細胞の核内で結合するDNA断片を濃縮し、新たなタンパク質キナーゼ遺伝子が標的遺伝子の一つであると考えられることを示した。さらに、岡田は、根の表皮細胞が根毛形成細胞に分化する過程が、mybドメインを持つCAPRICE遺伝子によって負に制御されていることを示した。町田は分裂組織における細胞分裂速度が約1/2に低下したシロイヌナズナのslw突然変異体を分離し、この変異がNADPHオキシダーゼ遺伝子の異常であることを示した。また、葉原基の形成が異常になったjamおよびale突然変異体を分離して解析した。福田は、ヒャクニチソウ培養系において維管束形成に関与する遺伝子の発現制御機構を詳細に解析し、TED3遺伝子が道管前駆細胞で特異的に発現すること、この特異的発現には-237--354のシス領域が必要であること、TED3の発現を抑制したアンチセンス・トランスジェニック植物の根では道管細胞をはじめとするすべての細胞の伸長が抑制されること、を示し、TED3遺伝子は道管細胞の伸長を制御することを明らかにした。また、道管形成に伴う核やオルガネラの分解に、S1タイプのヌクレアーゼが関与することを示した。飯田はアサガオおよびマルバアサガオ花弁のキメラ斑の形成機構を調べ、色素生合成遺伝子DFR-B内にTpn1トランスポゾンが挿入されており、花弁の形成過程においてこのトランスポゾンが転移離脱するために班模様ができることをあきらかにした。柿本はシロイヌナズナのサイトカイニン非依存性突然変異体ckilから変異遺伝子を単離し、CKI1遺伝子がヒスチジンキナーゼであることを示した。松岡はイネのホメオボックス遺伝子の一つであるOSH1の機能を調べるために、アクチン遺伝子のプロモーターの下流にOSH1遺伝子を結合してトランスジェニック・イネを作製した。このイネでは、正常な葉の発達がみられず、茎頂部に多数の茎頂がみられた。松岡はトランスジェニック植物を作製して、葉原基の形成におけるイネとタバコのホメオボックス遺伝子の機能を解析する。OSH1遺伝子はブラストクロンの決定に関わっていると考えられた。

研究成果

• [文献書誌] Goto,K.: "Molecular mechanisms of petal and stamen development in Arabidopsis." J.Rep.Develop.(1997)
• [文献書誌] Goto,K.: "Molecular and genetic analyses of flower homeotic genes of Arabidopsis." J.Biosci.21. 369-378 (1996)
• [文献書誌] Sato,Y.: "Changes in the activity and mRNA of cinnamyl alcohol dehydrogenase during tracheary element differentiation in Zinnia elegans." Plant Physiol.(1997)
• [文献書誌] Fukuda,H.: "Initiation,progression and cell death." Ann.Rev.Plant.Physiol.Plant Molec.Biol.47. 299-325 (1996)
• [文献書誌] Sato,Y.: "Abnormal cell divisions in leaf primordia caused by the expression of the rice homeobox gene OSH1 lead to altered morphology of leaves in transgenic tobacco." Molec.Gen.Genet.251. 13-22 (1996)
• [文献書誌] Sato,Y.: "A rice homeobox gene,OSH1,is expressed prior to organ differentiation in a specific region during early embryogenesis." Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 93. 8117-8122 (1996)
• [文献書誌] Ito,T.: "A serine/threonine protein kinase gene isolated by in vivo binding procedure using Arabidopsis floral homeotic gene product AGAMOUS." Plant & Cell Physiol.38. (1997)
• [文献書誌] Smith,D.: "Characterization and mapping of Ds-GUS-T-DNA lines for targeted insertional mutagenesis." Plant J.10. 721-732 (1996)
• [文献書誌] Okada,K.: "Genetic basis of phenotype expression in plants." Plant Species Biol.11. 115-139 (1996)
• [文献書誌] Machida,Y.: "Progress in studies of plant homologs of mitogen-activating protein(MAP)kinase and potential upstream components in kinase cascades." Critical Rev.Plant Sci.(1997)
• [文献書誌] Nishihama,R.: "Possible involvement of differential splicing in the regulation of the activity of Arabidopsis ANP1 that is related to mitogen-activated portein kinase kinase kinases(MAPKKK)." Plant J.11. (1997)
• [文献書誌] Kakimoto,T.: "CKI1,a histidine kinase homolog implication in ctytokinin signal transduction." Science. 274. 982-985 (1996)
• [文献書誌] 岡田清孝: "モデル植物の実験プロトコール" 秀潤社, 251 (1996)