維管束幹細胞の多分化能の分子基盤

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H06377
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 福田 裕穂 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任教授 (10165293)
• 研究分担者: 伊藤 恭子 (大橋恭子) 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (90451830)
• 研究期間 (年度): 2016-05-31 – 2021-03-31
• キーワード: 植物生理 / 発生・分化 / シグナル伝達

研究実績の概要

本研究では、維管束細胞分化誘導系VISUALを用いて、維管束幹細胞の確立機構と篩部分化機構の解明を目指すとともに、維管束幹細胞からの木部・篩部分化のスイッチングを解析してきた。本年度は以下の研究を行った。
１． 維管束幹細胞確立機構: LHWとTMO5の変異体を用いて、根の静止中心の幹細胞成立にLHWとTMOが必要なことが明らかとなった。
２． 維管束幹細胞からの篩管細胞分化機構: VISUAL系を用いて篩部伴細胞分化系の確立に成功した。この実験系と篩管要素分化系を用いてトランスクリプトーム解析を行い、それぞれの遺伝子プロファイルの獲得に成功した。
３． 篩部細胞分化と木部細胞分化のスイッチ機構: ①VISUAL系を検定系として用いて、篩部分化と木部分化の比に影響を与えるシロイヌナズナ突然変異体の単離に成功した。 ②木部細胞マーカーおよび篩部細胞マーカーのプロモーターをELUCとNanoLUC につないだシロイヌナズナ植物を用いて、シングルセル解析を行い、分化過程における二つの遺伝子の発現の細胞レベルでの違いを明らかにした。 ③bes1のホモログの２重、３重変異体を用いて、植物体及びVISUAL系における維管束分化の表現型の解析により、異質のBESホモログの基本的性質が明らかとなった。 ④LHWとTMO5は木部細胞の分化を促進する一方で篩部分化を促進しない。その分子機構を明らかにする目的で、LHWとTMO5による木部分化促進機構に関係するLHW/TMO5下流の転写因子をマイクロアレイにより探索し、LOB15を見出した。LOB15は木部細胞分化のマスター遺伝子であるVND7と発現誘導の正のフィードバックを構成することにより、細胞を木部分化へと不可逆的に誘導することが明らかとなった。

現在までの達成度 (段落)

令和2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2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] ケンブリッジ大学(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: ケンブリッジ大学
• [国際共同研究] 北京大学(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 北京大学
• [雑誌論文] GSK3 activity is a cell fate switch that balances the ratio of vascular cell type (2020)
  • 著者名/発表者名: Tamaki, T., Oya, S., Naito, M., Ozawa, Y., Furuya, T., Sato, M., Wakazaki, M., Toyooka, K., Fukuda, F., Helariutta, Y., Kondo, Y.
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 3 ページ: an. 184
  • DOI: 10.1038/s42003-020-0907-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Deep Imaging Analysis in VISUAL Reveals the Role of YABBY Genes in Vascular Stem Cell Fate Determination (2020)
  • 著者名/発表者名: Nurani, A.M., Ozawa, Y., Furuya, T., Sakamoto, Y., Ebine, K., Matsunaga, S., Ueda, T., Fukuda, H., Kondo, Y.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 61 ページ: 255-264
  • DOI: 10.1093/pcp/pcaa002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Active DNA demethylation regulates tracheary element differentiation in Arabidopsis (2020)
  • 著者名/発表者名: Lin, W., Sun, L., Huang R., Liang, W., Liu, X., He, H., Fukuda, H., He, X., Qian, W.
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 6 ページ: eaaz 2963
  • DOI: 10.1126/sciadv.aaz2963
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] An artificial conversion of roots into organs with shoot stem characteristics by Inducing two transcription factors (2020)
  • 著者名/発表者名: Hanano, S., Tomatsu, H., Ohnishi, A., Kobayashi, K., Kondo, Y., Betsuyaku, S., Takita, E., Ogata, Y., Ozawa, K., Suda, K., Hosouchi, T., Nagase, T., Suzuki, H., Sakurai, N., Fukuda, H., Shibata, D.
  • 雑誌名: iScience 巻: 23 ページ: 101332
  • DOI: 10.1016/j.isci.2020.101332
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] CLE2 regulates light-dependent carbohydrate metabolism in Arabidopsis shoots (2020)
  • 著者名/発表者名: Ma, D., Endo, S., Betsuyaku, S. Shimotohno, A., Fukuda, H.
  • 雑誌名: Plant Mol. Biol. 巻: 104 ページ: 561-574
  • DOI: 10.1007/s11103-020-01059-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Peptide signaling pathways in vascular differentiation (2020)
  • 著者名/発表者名: Fukuda, H., Hardtke, S. C.
  • 雑誌名: Plant Physiol. 巻: 182 ページ: 1636-1644
  • DOI: 10.1104/pp.19.01259
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Transcriptional networks regulating root vascular development (2020)
  • 著者名/発表者名: Ohashi-Ito, K., Fukuda, H.
  • 雑誌名: Curr. Opin. Plant Biol. 巻: 57 ページ: 118-123
  • DOI: 10.1016/j.pbi.2020.08.004
  • 査読あり
• [学会発表] ゼニゴケにおける植物特異的 BZR 転写因子の役割 (2021)
  • 著者名/発表者名: 古谷朋之、山岡尚平、石崎公庸、西浜竜一、荒木崇、河内孝之、福田裕穂、近藤侑貴
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会（オンライン開催）
• [学会発表] 木部輸送に影響を及ぼす細胞壁関連遺伝子の生理機能の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 遠藤暁詩、福田裕穂
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会（オンライン開催）
• [学会発表] 環境ストレスに呼応した CLE ペプ チドの新たな役割 (2021)
  • 著者名/発表者名: 下遠野明恵、福田裕穂
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会（オンライン開催）
• [学会発表] ブラシノステロイドによるシロイヌナズナ根の維管束細胞分裂の制御 (2021)
  • 著者名/発表者名: 伊藤(大橋)恭子、岩本訓知、福田裕穂
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会（オンライン開催）
• [学会発表] サイトカイニンによる維管束幹細胞 の運命制御 (2021)
  • 著者名/発表者名: 島津舜治、古谷朋之、伊藤（大橋）恭子、石崎公庸、深城英弘、福田裕穂、近藤侑貴
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会（オンライン開催）
• [学会発表] Arabidopsis CLE2 regulates light-dependent carbohydrate metabolism in shoots (2021)
  • 著者名/発表者名: Ma, D., Endo, S., Betsuyaku, S., Shimotohno, A., Fukuda, H.
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会（オンライン開催）
• [学会発表] 維管束初期形成の鍵因子によるオーキシン合成の制御 (2020)
  • 著者名/発表者名: 伊藤(大橋)恭子、岩本訓知、福田裕穂
  • 学会等名: 日本植物学会第84回大会（オンライン開催）
• [学会発表] 維管束幹細胞の運命分岐を生み出す分子基盤の探求 (2020)
  • 著者名/発表者名: 島津舜治、福田裕穂、近藤侑貴
  • 学会等名: 日本植物学会第84回大会（オンライン開催）
• [学会発表] BES/BZR転写因子の競争的関係性は維管束幹細胞制御の堅牢星に貢献する (2020)
  • 著者名/発表者名: 古谷朋之、齊藤真人、内村 悠、佐竹暁子、野崎翔平、宮川拓也、島津舜治、矢守航、田之倉優、福田裕穂、近藤侑貴
  • 学会等名: 日本植物学会第84回大会（オンライン開催）
• [備考] 東京大学大学院理学系研究科生物科学専攻生体制御研究室
  • URL: http://www.bs.s.u-tokyo.ac.jp/~seigyo/