気孔の発生とパターン形成を制御する新奇メカニズムに合成化学で切込む

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H00990
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 鳥居 啓子 名古屋大学, トランスフォーマティブ生命分子研究所, 客員教授 (60506103)
• 研究分担者: 下遠野 明恵 名古屋大学, トランスフォーマティブ生命分子研究所, 特任講師 (70647544) ; 村上 慧 関西学院大学, 理学部, 准教授 (90732058)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 植物発生 / 有機合成化学 / 気孔 / シグナル伝達 / ケミカルバイオロジー / bHLH型転写因子 / ステロイド

研究実績の概要

本申請研究は、植物発生学、有機合成化学、分析化学の専門家の綿密なコラボレーションを通して、化学の力で気孔の数と分布を制御する未知のメカニズムに斬り込むとともに、化合物による有用植物のバイオマス促進に繋がるものである。本年度は、気孔の数を増やす化合物kC9とChatty、気孔幹細胞であるメリステモイド細胞の発生停止を引き起こすAYSJ929(Stomatazoline)に関する生理機能解析と標的候補因子の探索を主に継続した。
(1) Stomatazoline - 気孔の発生に関わる様々な突然変異体に対する生理作用の詳細な解析から、Stomatazolineはメリステモイド細胞から孔辺母細胞への分化を指令するMUTEの活性を阻害することが示唆された。Stomatazolineは、気孔系譜の指令因子であるｂHLHタンパク質のC末端に存在するACTL領域に結合すること、それにより、MUTEーSCREAMヘテロ二量体形成が阻害されることが明らかになった。
(2) kC9 - kC9の気孔のパターン形成に対する効果は、免疫シグナル伝達を活性化させることにより無効化する。そのため、kC9は気孔形成と免疫シグナル伝達経路に共通する因子に対して作用すると考え、両経路の共通因子であるMAPキナーゼに着目した。その結果、ｋC９はMPK6に結合すること、一過的にin vivoにおけるMAPK活性を阻害することがわかった。
(3) Chatty -アフィニティー担体を用いたプロテオミクスの結果、一連のステロイドホルモン合成酵素が標的因子候補とし同定された。実際に、Chattyを添加した暗所植物芽生えは、ブラシノステロイド欠損変異体と同様の光形態形成反応を示していた。これらの結果をもとにChattyの作用と、気孔形成とブラシノステロイドの作用に関して、既存ドグマと異なる知見を得た。

現在までの達成度 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] University of Washington/Texas A&M University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: University of Washington/Texas A&M University
• [国際共同研究] Swedish Univ. Agricultural Sciences(スウェーデン)
  • 国名: スウェーデン
  • 外国機関名: Swedish Univ. Agricultural Sciences
• [国際共同研究] Spanish National Research Council(スペイン)
  • 国名: スペイン
  • 外国機関名: Spanish National Research Council
• [国際共同研究] University of Cambridge/John Innes Centre(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of Cambridge/John Innes Centre
• [国際共同研究] University of Zurich/University of Lausanne(スイス)
  • 国名: スイス
  • 外国機関名: University of Zurich/University of Lausanne
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 4
• [雑誌論文] Deceleration of the cell cycle underpins a switch from proliferative to terminal divisions in plant stomatal lineage (2022)
  • 著者名/発表者名: Han Soon-Ki、Herrmann Arvid、Yang Jiyuan、Iwasaki Rie、Sakamoto Tomoaki、Desvoyes Benedicte、Kimura Seisuke、Gutierrez Crisanto、Kim Eun-Deok、Torii Keiko U.
  • 雑誌名: Developmental Cell 巻: 57 ページ: 569～582.e6
  • DOI: 10.1016/j.devcel.2022.01.014
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Intragenic suppressors unravel the role of the SCREAM ACT-like domain for bHLH partner selectivity in stomatal development (2022)
  • 著者名/発表者名: Seo Hyemin、Sepuru Krishna Mohan、Putarjunan Aarthi、Aguirre Lyndsey、Burrows Benjamin A.、Torii Keiko U.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 119 ページ: e2117774119
  • DOI: 10.1073/pnas.2117774119
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cell biology of the leaf epidermis: Fate specification, morphogenesis, and coordination (2021)
  • 著者名/発表者名: Zuch Daniel T、Doyle Siamsa M、Majda Mateusz、Smith Richard S、Robert Stephanie、Torii Keiko U
  • 雑誌名: The Plant Cell 巻: 34 ページ: 209～227
  • DOI: 10.1093/plcell/koab250
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The boundary-expressed EPIDERMAL PATTERNING FACTOR-LIKE2 gene encoding a signaling peptide promotes cotyledon growth during Arabidopsis thaliana embryogenesis (2021)
  • 著者名/発表者名: Fujihara Rina、Uchida Naoyuki、Tameshige Toshiaki、Kawamoto Nozomi、Hotokezaka Yugo、Higaki Takumi、Simon Rudiger、Torii Keiko U、Tasaka Masao、Aida Mitsuhiro
  • 雑誌名: Plant Biotechnology 巻: 38 ページ: 317～322
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.21.0508a
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Stomatal development in the context of epidermal tissues (2021)
  • 著者名/発表者名: Torii Keiko U
  • 雑誌名: Annals of Botany 巻: 128 ページ: 137～148
  • DOI: 10.1093/aob/mcab052
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Chemical control of stomatal function and development (2021)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita Toshinori、Toh Shigeo、Torii Keiko U
  • 雑誌名: Current Opinion in Plant Biology 巻: 60 ページ: 102010～102010
  • DOI: 10.1016/j.pbi.2021.102010
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Plant stem cell research is uncovering the secrets of longevity and persistent growth (2021)
  • 著者名/発表者名: Umeda Masaaki、Ikeuchi Momoko、Ishikawa Masaki、Ito Toshiro、Nishihama Ryuichi、Kyozuka Junko、Torii Keiko U.、Satake Akiko、Goshima Gohta、Sakakibara Hitoshi
  • 雑誌名: The Plant Journal 巻: 106 ページ: 326～335
  • DOI: 10.1111/tpj.15184
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 気孔を増やす低分子化合物Chattyの標的探索 (2022)
  • 著者名/発表者名: 中川彩美, 桑田啓子, 山田柊哉, Gregory J.P. Perry, 廣田毅, 佐藤綾人, 打田直行, 下遠野明恵, 伊丹健一郎, 村上慧, 鳥居啓子
  • 学会等名: 第63回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Slowing Down for Perfection: Transcription factor-orchestrated cell cycle switch from proliferative- to-terminal division in plants (2021)
  • 著者名/発表者名: Keiko U. Torii
  • 学会等名: HHMI Meeting, Molecular and Cellular Neurosciences
• [学会発表] Slowing Down for Perfection: Transcription factor-orchestrated cell cycle switch from proliferative- to-terminal division in plants (2021)
  • 著者名/発表者名: Keiko U. Torii
  • 学会等名: Southwest Society for Developmental Biology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Slowing Down for Perfection: Transcription factor-orchestrated cell cycle switch from proliferative- to terminal division in plant (2021)
  • 著者名/発表者名: Keiko U. Torii
  • 学会等名: Plant Biology 2021 World Summit, the American Society of Plant Biologists
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Understanding “Multicellularity” through the lens of a plant (2021)
  • 著者名/発表者名: Keiko U. Torii
  • 学会等名: Janelia 4D Cell Biology Workshop -Evolution of Multicellularity
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 小胞ストレス応答因子の表皮細胞分化への役割の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中川彩美, 打田直行, 鳥居啓子
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 含窒素分子の触媒的合成 (2021)
  • 著者名/発表者名: 村上慧
  • 学会等名: 第6回有機若手ワークショップ
  • 招待講演
• [図書] 私の科学者ライフ (2021)
  • 著者名/発表者名: 女性科学者に明るい未来をの会
  • 総ページ数: 288
  • 出版者: 日本評論社
  • ISBN: 978-4535789302
• [備考] Unraveling how one of the most important..
  • URL: https://research.utexas.edu/showcase/articles/view/unraveling-how-one-of-the-most-important-cell-types-form
• [備考] 植物の気孔はじっくり時間をかけてつくられる（名古屋大学 研究フロントライン）
  • URL: https://note.com/nagoya_ura/m/m1e09136b6f58