植物発生進化のグランドプランとしての細胞分裂軸制御機構とその時空間制御機構の解明

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H06378
• 研究機関: 基礎生物学研究所
• 研究代表者: 長谷部 光泰 基礎生物学研究所, 生物進化研究部門, 教授 (40237996)
• 研究分担者: 村田 隆 神奈川工科大学, 応用バイオ科学部, 教授 (00242024) ; 石川 雅樹 基礎生物学研究所, 生物進化研究部門, 助教 (00586894) ; 望月 敦史 京都大学, ウイルス・再生医科学研究所, 教授 (10304726) ; 関本 弘之 日本女子大学, 理学部, 教授 (20281652) ; 小藤 累美子 金沢大学, 生命理工学系, 助教 (40324066) ; 藤本 仰一 大阪大学, 理学研究科, 准教授 (60334306)
• 研究期間 (年度): 2016-05-31 – 2021-03-31
• キーワード: ヒメツリガネゴケ / 発生進化 / GRAS転写因子 / 局所細胞伸長 / ABC輸送体 / クチクラ

研究実績の概要

（１）当初予定では、造精器、造卵器の細胞セグメンテーションとシミュレーションを行う予定であったが、葉原基でのSHR、SCR、LASの相互作用の研究が予想外に進展したことから、造卵器と造精器での解析は細胞セグメンテーションのみにとどめて論文化することとし、葉原基でのシミュレーションに重点をおいて研究を進めた。その結果、SHRは、面積最小則を上書きして、並層分裂を誘導していることがわかった。
（2）オーキシン量の変動を細胞レベルで定量するため、R2D2センサーの確立を目指し、いろいろなコンストラクトを作成したが、既知のオーキシン変化に対応するような定量性を示す形質転換体を得ることができなかった。また、ABCB14の研究からオーキシンの関与の可能性が減ったことから、オーキシンに関する研究は中止し、事項のABCB14の研究に注力した。
（３）年度当初、ABCB14はアポプラストにオーキシンを分泌することで局所伸長を引き起こすと作業仮説を立て、アポプラストのオーキシン検出を試みたが、野生型とABCB14欠失変異体で大きな違いは見られなかった。しかし、キューティクル合成の変異体と欠失変異体が形態的に類似していることに気づき、脂質解析へ方向転換した。透過型電子顕微鏡観察、質量分析計を用いた脂質定量解析から、欠失変異体では、ワックスとクチンの両方が減少していることがわかった。このことから、ABCB14は「局所的クチクラ制御」による「細胞の局所伸長機構を介した分裂軸制御」を行っていると推定した。さらに、野生型とSHR欠失突然変異体の比較トランスクリプトーム結果を再検討したところ、SHR欠失突然変異体でABCB14と同じファミリーに属するABC輸送体をコードする遺伝子や、ワックス生合成に関わる遺伝子が有意に発現減少していることがわかった。

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] Duke University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Duke University
• [国際共同研究] 華中農業大学(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 華中農業大学
• [国際共同研究] チェコ科学アカデミー(チェコ)
  • 国名: チェコ
  • 外国機関名: チェコ科学アカデミー
• [雑誌論文] Topoisomerase 1α is required for synchronous spermatogenesis in Physcomitrium patens (2022)
  • 著者名/発表者名: Nan Gu、Chunli Chen、Yukiko Kabeya、Mitsuyasu Hasebe、Yosuke Tamada
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 234 ページ: 137～148
  • DOI: 10.1111/nph.17983
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Low-invasive 5D visualization of mitotic progression by two-photon excitation spinning-disk confocal microscopy (2022)
  • 著者名/発表者名: Takafumi Kamada、Kohei Otomo、Takashi Murata、Taito Nakata、Shota Hiruma、Ryota Uehara、Mitsuyasu Hasebe、Tomomi Nemoto
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1038/s41598-021-04543-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Rotation angle of stem cell division plane controls spiral phyllotaxis in mosses (2021)
  • 著者名/発表者名: Naoya Kamamoto、Taishi Tano、Koichi Fujimoto、Masaki Shimamura
  • 雑誌名: Journal of Plant Research 巻: 134 ページ: 457～473
  • DOI: 10.1007/s10265-021-01298-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Perianth Phyllotaxis Is Polymorphic in the Basal Eudicot Anemone and Eranthis Species (2020)
  • 著者名/発表者名: Miho S. Kitazawa、Koichi Fujimoto
  • 雑誌名: Frontiers in Ecology and Evolution 巻: 8 ページ: 70
  • DOI: 10.3389/fevo.2020.00070
  • 査読あり
• [雑誌論文] A design principle for floral organ number and arrangement in flowers with bilateral symmetry (2020)
  • 著者名/発表者名: Aiko Nakagawa、Miho S. Kitazawa、Koichi Fujimoto
  • 雑誌名: Development 巻: 147 ページ: dev182907
  • DOI: 10.1242/dev.182907
  • 査読あり
• [雑誌論文] DNA damage triggers reprogramming of differentiated cells into stem cells in Physcomitrella (2020)
  • 著者名/発表者名: Nan Gu、Yosuke Tamada、Akihiro Imai、Gergo Palfalvi、Yukiko Kabeya、Shuji Shigenobu、Masaki Ishikawa、Karel J. Angelis、Chunli Chen、Mitsuyasu Hasebe
  • 雑誌名: Nature Plants 巻: 6 ページ: 1098～1105
  • DOI: 10.1038/s41477-020-0745-9
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] GRAS 転写因子によるヒメツリガネゴケ葉原基の細胞分裂軸制御 (2020)
  • 著者名/発表者名: 堀内雄太、藤原彩香、藤本直也、中村亮、吉田彩子、幸節健、壁谷幸子、石川雅樹、玉田洋介、藤本仰一、長谷部光泰、小藤累美子
  • 学会等名: 日本植物学会 第84回大会
• [学会発表] ヒメツリガネゴケの茎葉体における細胞分裂軸制御機構の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 幸節健、堀内雄太、玉田洋介、石川雅樹、壁谷幸子、小藤累美子、長谷部光泰
  • 学会等名: 日本植物学会 第84回大会
• [学会発表] ABCB14 regulates local cell growth in Physcomitrella patens (2020)
  • 著者名/発表者名: Zhang, L., Aoyama, T., Murata, T., Kosetsu, K., Kabeya, Y., Ishikawa, M., and Hasebe, M.
  • 学会等名: 日本植物学会 第84回大会
• [備考] 研究室web site
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/evodevo