| 研究課題/領域番号 |
16J02290
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
前田 和輝 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-22 – 2019-03-31
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| キーワード | 細胞壁 / 根冠 / シロイヌナズナ |
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| 研究実績の概要 |
植物の根端は静止中心を中心に様々な幹細胞が存在しており、絶えず細胞分裂と細胞伸長を繰り返している。その結果、植物の根は伸長することができる。しかし、根端分裂組織より先端に存在する根冠は一定のサイズを保ったままである。これは根冠細胞が最外層に達すると脱離することによって調整されているということが知られているが、根冠最外層細胞の脱離機構や、脱離することの必要性については不明な点が多い。
筆者はこれまでに報告された組織特異的な公開マイクロアレイデータから根冠特異的に発現する遺伝子のリストを作成し、その中から脱離に機能すると思われる因子の解析を行った。中でも、細胞の接着や脱離に重要であることが知られている細胞壁の主要成分の一つであるペクチンの修飾酵素PME11に注目して解析を行った。筆者はPME11を欠損した変異体pme11を作出し、根冠最外層細胞の脱離が野生型と比べて正常に行われないことを観察した。
また、植物の根冠細胞は脱離した後も一定時間生存し根圏の微生物との相互作用などを行うことが知られている。つまり、根冠細胞は最外層や脱離した後では遺伝子発現が劇的に変動していると考えられる。PME11のプロモーター下でGFPを発現させ、発現パターンを確認した所、根冠最外層のみで特異的に発現していることが明らかとなった。このことを利用し、根冠最外層細胞を単離しトランスクリプトーム解析を行うことで根冠最外層細胞の脱離機構や分化過程の謎に迫ることができると考えている。
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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
まず、PME11とGFPの融合タンパク質を発現する植物体を作出するためのコンストラクトを作製した。さらに、PME11の酵素活性測定を目的とした形質転換体の作出が現在進行中である。さらに、pme11変異体の表現型がPME11の欠損に由来することを確認するために、PME11遺伝子をpme11変異体に戻した相補株を作出中である。また、アリル変異体を獲得するためにCRISPR/Cas9法による遺伝子破壊株の作出を進行中である。さらに、電子顕微鏡を用いた根端組織の細胞壁の観察を行う予定であり、現在条件検討を重ねている。
さらに、去年発表された論文ではペクチンの分解酵素であるポリガラクツロナーゼ（RCPG）が根冠最外層特異的に発現し、さらに欠損変異体では根冠最外層の脱離に異常があると発表された。現在、PME11とRCPGの二重変異体を作成中であり、両者の関係を明らかにしたいと考えている。
また、根冠細胞の最外層に置ける分化機構の解明のために、根冠最外層特異的なPME11のプロモーターを利用したトランスクリプトーム解析を予定している。そのための植物体として、二つ用意している。一つはPME11のプロモーター下でH2B-GFPを発現する植物体で、FACSを用いて光る細胞だけを集めることで根冠最外層細胞だけを集めることができる。もう一つはBREAK-lineというシステムを用いることで、特定のプロモーター下の核のみを無傷で単離することができる。このシステムをPME11プロモーター用に改変した植物体を作出した。現在、以上の二つの方法の長所、短所を検討している。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでの研究により、細胞の脱離には様々な細胞壁成分の変動が重要であることがわかっている。これまでにペクチンの修飾因子であるPME11とその分解酵素であるポリガラクツロナーゼ（RCPG）、セルロースの分解酵素であるCEL5が根冠最外層の脱離に関わっていることが明らかとなっている。これらの因子が協調的に働いて脱離が起こっていると考えると、これらの因子の多重変異体を作り、解析することで脱離機構のさらなる解明、そして脱離することの意義についても明らかにできると考えている。
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