シグナルセンターとしての師部機能の解明

2010 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20247003
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 植物分子生物・生理学
• 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, 教授 (10165293)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2010
• キーワード: 成長生理 / 植物 / 発生・分化

研究概要

多細胞生物の組織構築は、細胞間の密なコミュニケーションを通して初めて可能になると考えられる。近年のシロイヌナズナ分子遺伝学を用いた解析から、植物の組織構築においても複雑な細胞間コミュニケーションネットワークが必要であることが分かってきた。しかし、細胞間コミュニケーションシステムの分子実体が示された例は極めて少ない。
維管束は師部、前形成層・形成層、木部からなる組織で、動物の血管、神経系同様、栄養と情報を伝達する組織として重要である。私たちは、これまで木部細胞分化をin vitro培養系及びシロイヌナズナ・イネの突然変異体を用いて解析してきた。そして、細胞外因子により、木部道管細胞分化が促進されたり抑制されたりすることを、世界に先駆けて明らかにしてきた。その過程で、師部が維管束組織構築のシグナルの受け手としても発信地としても機能していることを見出した。このような状況の下、私たちは師部を中心にしたシグナル伝達系を明らかにすることで、師部とそのまわりの細胞との細胞間相互作用、ひいては植物の組織構築における細胞間相互作用の基本的原理を明らかにしようと考えた。
本研究は、3つの方向性をもって進められた。1つは私たちが2006年に単離同定した小ペプチドTDIFが師部で合成され分泌されるという事実をもとに、師部の維管束分化における役割を明らかにしようというものである。2つめは、私たちが同定した、イネの横走維管束形成に関与し、師部で発現するレセプターキナーゼCOE1の機能解析を進めることで、師部のシグナルセンター機能を解析しようとするものである。3つめは、これらとはまったく異なる新たな挑戦的な方法で師部関連因子を同定しようというものであり、ここには、師部分化系の開発、師部分化関連転写因子の網羅的同定などが含まれた。すべてがうまくいったわけではないが、3方向からのアプローチにより、師部のシグナルセンターとしての働きが明確に示された。特に、師部が幹細胞維持のためのニッチ細胞として働くという発見は、今後の植物の分裂組織構築研究の展開上極めて重要であると考える。

研究成果

• [雑誌論文] Establishment and maintenance of vascular cell communities through local signaling (2011)
  • 著者名/発表者名: Hirakawa Y., Kondo Y., Fukuda H.
  • 雑誌名: Curr.Opin.Plant Biol. 14 ページ: 17-23
• [雑誌論文] Dynamics of Arabidopsis SUN proteins during mitosis and involvement in nuclear shaping (2011)
  • 著者名/発表者名: Oda Y., Fukuda H.
  • 雑誌名: Plant J. (in press)
• [雑誌論文] A receptor-like kinase, KLAVIER, mediates systemic regulation of nodulation and non-symbiotic shoot development in Lotus japonicus (2011)
  • 著者名/発表者名: Miyazawa H., Oka-Kira E., Sato N., Takahashi H., Wu G. J., Sato S., Hayashi M., Betsuyaku S., Nakazono M., Tabata S., Harada Y., Sawa S., Fukuda H., Kawaguchi M.
  • 雑誌名: Development (in press)
• [雑誌論文] ANGUSTIFOLIA3 plays roles in adaxial/abaxial patterning and growth in leaf morphogenesis (2011)
  • 著者名/発表者名: Horiguchi G., Nakayama H., Ishikawa N., Kubo M., Demura T., Fukuda H., Tsukaya H.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 52 ページ: 112-124
• [雑誌論文] CLE peptides can negatively regulate protoxylem vessel formation via cytokinin signaling (2011)
  • 著者名/発表者名: Kondo Y., Hirakawa Y., Kieber J., Fukuda H.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 52 ページ: 37-48
• [雑誌論文] Mitogen-Activated Protein Kinase regulated by the CLAVATA receptors contributes to the shoot apical meristem homeostasis (2011)
  • 著者名/発表者名: Betsuyaku S., Takahashi F., Kinoshita A., Miwa H., Shinozaki K., Fukuda H., Sawa S.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 52 ページ: 14-29
• [雑誌論文] Wood cell-wall structure requires local 2D-microtubule disassembly by a novel plasma membrane-anchored microtubuleassociated protein (2010)
  • 著者名/発表者名: Oda Y., Iida Y., Kondo Y., Fukuda H.
  • 雑誌名: Curr.Biol. 20 ページ: 1197-1202
• [雑誌論文] Transcriptional regulation of vascular cell fates (2010)
  • 著者名/発表者名: Ohashi-Ito K., Fukuda H.
  • 雑誌名: Curr.Opin.Plant Biol. 13 ページ: 670-676
• [雑誌論文] COE1, an LRR-RLK responsible for commissral vein pattern formation in rice (2010)
  • 著者名/発表者名: Sakaguchi J., Itoh J.-I., Ito Y., Nakamura A., Fukuda H., Sawa S.
  • 雑誌名: Plant J. 63 ページ: 405-416
• [雑誌論文] TDIF peptide signaling regulates vascular stem cell proliferation via the wox4 homeobox gene in Arabidopsis (2010)
  • 著者名/発表者名: Hirakawa Y., Kondo Y., Fukuda H.
  • 雑誌名: Plant Cell 22 ページ: 2618-2629
• [雑誌論文] Arabidopsis VASCULAR-RELATED NAC-DOMAIN6 directly regulates genes that govern programmed cell death and secondary wall formation in a coordinated way during xylem differentiation (2010)
  • 著者名/発表者名: Ohashi-Ito K., Oda Y., Fukuda H.
  • 雑誌名: Plant Cell 22 ページ: 3461-3473
• [雑誌論文] ADP-ribosylation factor (ARF), guanine nucleotide exchange factor (GEF), and GAPase-acticating protein (GAP) function in endocytosis of plant cells (2010)
  • 著者名/発表者名: Naramoto S., Kleine-Vehn J., Robert S., Fujimoto M., Dainobu T., Paciorek T., Ueda T., Nakano A., Van Montagu M. C. E., Fukuda H., Friml J.
  • 雑誌名: Proc.Natl.Acad.Sci.,USA 107 ページ: 21890-21895
• [雑誌論文] Involvement of phytosulfokine in the attenuation of stress response during the transdifferentiation of Zinnia mesophyll cells into tracheary elements (2009)
  • 著者名/発表者名: Motose H., Iwamoto K., Endo S., Demura T., Sakagami Y., Matsubayashi Y., Moore K. L., Fukuda H.
  • 雑誌名: Plant Physiol 150 ページ: 437-447
• [雑誌論文] Phosphoinositide-dependent regulation of VAN3 ARF-GAP localization and activity essential for vascular tissue continuity in plants (2009)
  • 著者名/発表者名: Naramoto S., Sawa S., Koizumi K., Uemura T., Ueda T., Friml J., Nakano A., Fukuda H.
  • 雑誌名: Development 136 ページ: 1529-1538
• [雑誌論文] Non-cell-autonomous control of vascular stem cell fates by a CLE peptide/receptor system (2008)
  • 著者名/発表者名: Hirakawa Y., Shinohara H., Kondo Y., Inoue A., Nakanomyo I., Ogawa M., Sawa S., Ohashi-Ito K., Matsubayashi Y., Fukuda H.
  • 雑誌名: Proc.Natl.Acad.Sci.USA 105 ページ: 15208-15213
• [雑誌論文] VASCULAR-RELATED NAC-DOMAIN7 is involved in differentiation of all types of xylem vessels in Arabidopsis roots and shoots (2008)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi M., Kubo M., Fukuda H., Demura T.
  • 雑誌名: Plant J. 55 ページ: 652-664
• [雑誌論文] Cell differentiation in the longitudinal veins and formation of commissural veins in rice (Oryza sativa) and maize (Zea mays) (2008)
  • 著者名/発表者名: Sakaguchi J., Fukuda H.
  • 雑誌名: J.Plant Res. 121 ページ: 593-602
• [雑誌論文] Transient transformation and RNA silencing in Zinnia tracheary element differentiating cell cultures (2008)
  • 著者名/発表者名: Endo S., Pesquet E., Tashiro G., Kuriyama H., Goffner D., Fukuda H., Demura T.
  • 雑誌名: Plant J. 53 ページ: 864-875
• [学会発表] A novel membrane-associated protein regulating secondary wall patterns in an Arabidopsis cell culture harboring inducible VND6 (2010)
  • 著者名/発表者名: Fukuda H., Ohashi-Ito K., Oda Y.
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Asia Symposium "From Plant Biology to Crop Biotechnology"
  • 発表場所: CSH Asia, Suzhou, China(invited)
  • 年月日: 20101025-20101029
• [学会発表] Cellular and transcriptome analyses of xylem formation with Arabidopsis cell culture systems harboring inducible VND6 and SND1 (2010)
  • 著者名/発表者名: Fukuda H., Oda Y., Ohashi-Ito K.
  • 学会等名: Plant Vascular Biology 2010
  • 発表場所: Ohio State University, Ohio, USA(invited)
  • 年月日: 20100723-20100728
• [学会発表] CLE peptides regulating vascular stem cell fates (2010)
  • 著者名/発表者名: Fukuda H., Kondo Y., Hirakawa Y.
  • 学会等名: 21st International Conference on Arabidopsis Research
  • 発表場所: Yokohama, Japan(invited)
  • 年月日: 20100606-20100610
• [学会発表] Peptide signals governing vascular stem cell fates (2010)
  • 著者名/発表者名: Fukuda H. Kondo Y., Hirakawa Y.
  • 学会等名: Keystone symposia 2010, Granlibakken Resort
  • 発表場所: Tahoe City, California, USA, March(invited)
  • 年月日: 20100314-20100319
• [学会発表] Crosstalk between xylem and phloem production through a peptide (2009)
  • 著者名/発表者名: Fukuda H. Kondo Y., Hirakawa Y.
  • 学会等名: Plant Vascular Biology and Agriculture 2009
  • 発表場所: Chongqing, China(invited)
  • 年月日: 2009-06-22
• [学会発表] Cell-cell communication governing vascular tissue organization (2008)
  • 著者名/発表者名: Fukuda H.
  • 学会等名: The XVI Congress of the Federation of European Societies of Plant Biology
  • 発表場所: Tampere, Finland(invited, Plenary lecture)
  • 年月日: 2008-08-21
• [図書] Methods in Molecular Biology : The Plant Cell Wall(eds. Z. A. Popper)(Plant tissue cultures)(vol.715) (2011)
  • 著者名/発表者名: Karkonen A., Santanen A., Iwamoto K., Fukuda H.
  • 総ページ数: 1-20
• [図書] Encyclopedia of Life Sciences(Plant tracheary elements) (2010)
  • 著者名/発表者名: Fukuda H.
  • 総ページ数: DOI:10.1002/9780470015902.a0001814.pub2
  • 出版者: Wiley Online Library, Wiley-Blackwell
• [図書] 植物のシグナル伝達分子と応答(柿本、高山、福田、松岡編)(CLEペプチドによる維管束形成の制御) (2010)
  • 著者名/発表者名: 平川有宇樹、近藤侑貴、福田裕穂
  • 総ページ数: 172-177
  • 出版者: 共立出版
• [備考] ホームページ等
  • URL: http://www.biol.s.u-tokyo.ac.jp/users/seigyo/lab.html