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2018 年度 実績報告書

細胞壁ダイナミクスが誘起する物理的バイアスによる細胞形成の制御機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 16K07389
研究機関東北大学

研究代表者

横山 隆亮  東北大学, 生命科学研究科, 講師 (90302083)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード植物細胞壁 / プロトプラスト / セルロース / キシログルカン / マトリックス構造 / イメージング
研究実績の概要

本研究課題は,植物の細胞形成を多面的に制御する細胞外マトリックス構造(細胞壁)に着目し,その機能的構造の構築とダイナミクスの分子メカニズム解明を目指したものである。平成30年度までに開発・改良に成功したイメージング技術とシロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)のプロトプラストの実験系を活用して,細胞壁の機能的構造の基盤となるセルロース・マトリックスの形成過程を詳細に解析した。セルロース・マトリックスは,細胞壁再生の初期過程では,セルロース微繊維がランダムに合成されることで強靭なネットワーク構造として構築されるが,その後,細胞が極性を持って変形する際には,セルロースが細胞の軸と垂直に配向することを確認した。さらに細胞壁多糖の合成酵素の欠損突然変異体を利用することで,セルロース・マトリックスの構造に関連する多糖分子の機能解明を試みたところ,これまでセルロース間を架橋すると考えられていたキシログルカンを欠損した場合でも,セルロースのマトリックス構造は自律的に構築されることが明らかになった(Kuki et al. 投稿準備中)。しかしセルロース・マトリックスはキシログルカンの架橋構造を持たない場合,伸展性などの細胞壁の機能を軽減させることが示唆され,主要なヘミセルロースであるキシログルカンは細胞形成に寄与するセルロース・マトリックスのダイナミクスにおいて重要な役割を担うものと考えられた。また細胞壁の構成成分に影響を及ぼす突然変異体の解析からは,キシログルカン以外の細胞壁多糖の中には(アラビノガラクタンなど),細胞形成ではなく,分化過程に大きく貢献しているものも存在することが示された(Yamaguchi et al. 2018)。以上の研究からイメージング技術とシロイヌナズナのプロトプラストの実験系を活用した研究成果をまとめて総説として紹介した(横山 2019)。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] 植物細胞壁の機能的構造とダイナミクス2019

    • 著者名/発表者名
      横山隆亮
    • 雑誌名

      アグリバイオ

      巻: 3 ページ: 43-47

  • [雑誌論文] An ethylene-gibberellin signaling underlies adaptation of rice to periodic flooding2018

    • 著者名/発表者名
      Kuroha T, Nagai K, Gamuyao R, Wang DR, Furuta T, Nakamori M, Kitaoka T, Adachi K, Minami A, Mori Y, Mashiguchi K, Seto Y, Yamaguchi S, Kojima M, Sakakibara H, Wu J, Ebana K, Mitsuda N, Ohme-Takagi M, Yanagisawa S, Yamasaki M, Yokoyama R, Nishitani K, Mochizuki T, Tamiya G, McCouch SR, Ashikari M
    • 雑誌名

      Science

      巻: 361 ページ: 181-186

    • DOI

      doi.org/10.1126/science.aat1577

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Chromatin-mediated feedforward auxin biosynthesis in floral meristem determinacy2018

    • 著者名/発表者名
      Yamaguchi N, Jiangbo H, Tatsumi Y, Abe M, Sugano S, Kojima M, Takebayashi Y, Kiba T, Yokoyama R, Nishitani K, Sakakibara H, Ito T
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 9 ページ: 5290

    • DOI

      doi.org/10.1038/s41467-018-07763-0

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] ゼニゴケにおける Endoglucanase16 の機能解析2019

    • 著者名/発表者名
      石田光南,黒羽剛,石崎公庸,檜垣匠,楢本悟史,横山隆亮,小竹敬久,西谷和彦
    • 学会等名
      第60回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] Insight into strategies for plant-plant parasitism in Cuscuta campestris based on genome sequencing2018

    • 著者名/発表者名
      Narukawa H, Yokoyama R, Obayashi T, Kaga Y, Kato M, Kuroha T, Nishitani K
    • 学会等名
      第59回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] 洪水環境に適応した浮イネの進化におけるジベレリン合成遺伝子の関与2018

    • 著者名/発表者名
      黒羽剛,ダイアンワン,スーザンマッコチーチ,横山隆亮,西谷和彦,芦苅基行
    • 学会等名
      第59回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] アメリカネナシカズラのゲノム解読による寄生植物の適応進化メカニズムの解明2018

    • 著者名/発表者名
      横山隆亮,大林武,鳴川秀樹,加賀悠樹,加藤萌木,黒羽剛,西谷和彦
    • 学会等名
      第59回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] アメリカネナシカズラが持つ付着器の形成に関与する遺伝子の探索2018

    • 著者名/発表者名
      藤原大輝,横山隆亮,西谷和彦,青木考
    • 学会等名
      第59回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] Molecular insights into changes of the extracellular matrix during cold and sub-zero acclimation2018

    • 著者名/発表者名
      Takahashi D, Sampathkumar A, Erban A, Gorka M, Kopka J, Graf A, Yokoyama R, Kuroha T, Nishitani K, Zuther E, Hincha DK
    • 学会等名
      11th International Plant Cold Hardiness Seminar (IPCHS)
    • 国際学会
  • [学会発表] 浮イネにおけるジベレリン合成を介した洪水への適応戦略2018

    • 著者名/発表者名
      黒羽剛,増口潔,瀬戸義哉,山口信次郎,横山隆亮,西谷和彦
    • 学会等名
      日本植物学会第82回大会
  • [学会発表] 植物種間情報伝達を介したアメリカネナシカズラ吸器における維管束新生機構の探索2018

    • 著者名/発表者名
      加賀悠樹,大林武,横山隆亮,黒羽剛,大谷美沙都,出村拓,西谷和彦
    • 学会等名
      日本植物学会第82回大会
  • [学会発表] 寄生植物アメリカネナシカズラの花成制御におけるFTの機能2018

    • 著者名/発表者名
      加藤萌木,横山隆亮,黒羽剛,大林武,阿部光知,西谷和彦
    • 学会等名
      日本植物学会第82回大会
  • [学会発表] 基部陸上植物における細胞壁酵素(GH16)の進化2018

    • 著者名/発表者名
      石田光南,黒羽剛,石崎公庸,檜垣匠,楢本悟史,横山隆亮,西谷和彦
    • 学会等名
      第41回日本分子生物学会年会
  • [学会発表] 炭素イオンビームによる寄生植物ネナシカズラ属の変異体ライブラリ作製2018

    • 著者名/発表者名
      横山隆亮,加賀悠樹,加藤萌木,古井瑛恵,黒羽剛,西谷和彦,佐藤勝也、大野豊
    • 学会等名
      QST 高崎サイエンスフェスタ2018
  • [備考] 東北大学大学院生命科学研究科植物細胞壁分野ホームページ

    • URL

      http://www.biology.tohoku.ac.jp/lab-www/nishitani_lab/

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公開日: 2019-12-27  

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