オーキシンによる多能性幹細胞形成機構の解明

2019 年度 実績報告書

• 研究領域: 植物の生命力を支える多能性幹細胞の基盤原理
• 研究課題/領域番号: 18H04836
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 西浜 竜一 京都大学, 生命科学研究科, 准教授 (70283455)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: オーキシン / 頂端細胞 / 多能性幹細胞 / ゼニゴケ

研究実績の概要

苔類ゼニゴケにおいてオーキシン信号伝達を阻害すると、無秩序な細胞分裂を繰り返す。そこでオーキシンの作用により多能性幹細胞が規定されるとの仮説をたて、その分子機構を明らかにすることを目的として研究を行った。
ゼニゴケ唯一のオーキシン受容体MpTIR1を欠損させて生じた細胞塊のRNA-seq解析を行い、この細胞塊は幹細胞性の集団であることを明らかにした。また、オーキシン低感受性変異体として単離した、MpAMP1およびそれと関連した機能をもつMpCYP78の変異体も分化能の著しく低下した細胞塊となり、さらにオーキシン応答性遺伝子発現を促進させる遺伝的操作により葉状体形成能が再獲得されたことから、MpAMP1、MpCYP78両酵素はオーキシン応答を促進する物質を生成する可能性が示唆された。さらに、転写活性化型MpARF1と転写抑制型MpARF2は、ともに幹細胞領域において発現が低いこと、これらは幹細胞形成において拮抗的に機能することを明らかにした。以上の結果から、多能性幹細胞は異なるオーキシン応答性をもつ領域を区分けすることで形成され、低いオーキシン応答性をもつ領域が多能性幹細胞として機能することが示唆された。
MpARF1とMpARF2の誘導過剰発現株を用いてRNA-seq解析を行い、拮抗的制御を受ける遺伝子を同定した。また再生機構の研究から、幹細胞領域で特異的に発現する転写因子を同定した。詳細なオーキシンによる幹細胞形成機構を明らかにする上で重要な因子を同定することができた。また高速に核を単離する手法の確立に成功し、MpARFや修飾ヒストンなどのゲノム分布の解析やATAC-seqを行う基盤が整った。
発生学的な知見として、細胞系譜内で器官が形成される他のコケ植物とは異なり、葉状性のゼニゴケでは位置情報が器官形成を制御することを解明した（Suzuki et al. 2020）。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元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] University of Bristol(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of Bristol
• [国際共同研究] Max Planck Institute(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Max Planck Institute
• [国際共同研究] Wageningen University(オランダ)
  • 国名: オランダ
  • 外国機関名: Wageningen University
• [雑誌論文] Positional cues regulate dorsal organ formation in the liverwort Marchantia polymorpha (2020)
  • 著者名/発表者名: Suzuki H, Harrison CJ, Shimamura M, Kohchi T, Nishihama R
  • 雑誌名: J Plant Res. 巻: 133 ページ: -
  • DOI: 10.1007/s10265-020-01180-5
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Regulation of photosynthetic carbohydrate metabolism by a Raf-like kinase in the liverwort Marchantia polymorpha (2020)
  • 著者名/発表者名: Koide E, Suetsugu N, Iwano M, Gotoh E, Nomura Y, Stolze SC, Nakagami H, Kohchi T, Nishihama R
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 61 ページ: 631～643
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz232
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Regulation of the poly(A) status of mitochondrial mRNA by poly(A)-specific ribonuclease is conserved among land plants (2020)
  • 著者名/発表者名: Kanazawa M, Ikeda Y, Nishihama R, Yamaoka S, Lee NH, Yamato KT, Kohchi T, Hirayama T
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 61 ページ: 470～480
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz212
  • 査読あり
• [雑誌論文] Isolation of natural fungal pathogens from Marchantia polymorpha reveals antagonism between salicylic acid and jasmonate during liverwort-fungus interactions (2020)
  • 著者名/発表者名: Matsui H, Iwakawa H, Hyon GS, Yotsui I, Katou S, Monte I, Nishihama R, Franzen R, Solano R, Nakagami H
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 61 ページ: 265～275
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz187
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] GEMMA CUP-ASSOCIATED MYB1, an ortholog of axillary meristem regulators, is essential in vegetative reproduction in Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Yasui Y, Tsukamoto S, Sugaya T, Nishihama R, Wang Q, Kato H, Yamato KT, Fukaki H, Mimura T, Kubo H, Theres K, Kohchi T, Ishizaki K
  • 雑誌名: Curr. Biol. 巻: 29 ページ: 3987～3995
  • DOI: 10.1016/j.cub.2019.10.004
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A conserved regulatory mechanism mediates the convergent evolution of plant shoot lateral organs (2019)
  • 著者名/発表者名: Naramoto S, Jones VAS, Trozzi N, Sato M, Toyooka K, Shimamura M, Ishida S, Nishitani K, Ishizaki K, Nishihama R, Kohchi T, Dolan L, Kyozuka J
  • 雑誌名: PLOS Biol. 巻: 17 ページ: e3000560
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.3000560
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cytokinin signaling coordinates development of diverse organs in Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Aki SS, Nishihama R, Kohchi T, Umeda M
  • 雑誌名: Plant Signal. Behav. 巻: 14 ページ: 1668232
  • DOI: 10.1080/15592324.2019.1668232
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phytochrome and light signaling in Marchantia (2019)
  • 著者名/発表者名: Inoue K, Nishihama R, Kohchi T
  • 雑誌名: Methods Mol. Biol. 巻: 2026 ページ: 215～223
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-9612-4_18
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cytokinin signaling is essential for organ formation in Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Aki SS, Mikami T, Naramoto S, Nishihama R, Ishizaki K, Kojima M, Takebayashi Y, Sakakibara H, Kyozuka J, Kohchi T, Umeda M
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 60 ページ: 1842～1854
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz100
  • 査読あり
• [学会発表] ゼニゴケにおける幹細胞性と低オーキシン応答性の関係 (2020)
  • 著者名/発表者名: 西浜竜一、河内孝之
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会シンポジウム「幹細胞に対するオーキシン作用の二面性」
  • 招待講演
• [学会発表] Division Patterns and Apical Cell Lineages in Developing Gemma Revealed by Clonal Analysis in the Liverwort Marchantia polymorpha (2020)
  • 著者名/発表者名: Suzuki H, Harrison CJ, Shimamura M, Kohchi T, Nishihama R
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] ゼニゴケAMP1およびCYP78酵素のオーキシン応答とメリステム形成における機能 (2020)
  • 著者名/発表者名: 副島裕乃，鈴木秀政，池田敬登，桐田啓如，武田真由子，西浜竜一，河内孝之
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] ゼニゴケの無性芽発生における分裂パターンと幹細胞系譜の解明に向けたクローナル解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 鈴木秀政、Harrison CJ、嶋村正樹、河内孝之、西浜竜一
  • 学会等名: 2019年度（第8回）近畿植物学会講演会
• [学会発表] Roles of Auxin in Cellular Reprogramming and Meristem Formation in Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Ishida S, Suzuki H, Hainiwa E, Kohchi T, Nishihama R
  • 学会等名: Marchantia Workshop 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Clonal Analysis to Revealing Division Patterns and Stem Cell Lineages in Developing Gemma of Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Suzuki H, Harrison CJ, Shimamura M, Kohchi R, Nishihama R
  • 学会等名: Marchantia Workshop 2019
  • 国際学会
• [学会発表] ゼニゴケ唯一のTIR1/AFB ホモログMpTIR1 は生存に必須でないが正常な器官形成に必須である (2019)
  • 著者名/発表者名: 鈴木秀政, 加藤大貴, 西浜竜一, 河内孝之
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
• [学会発表] Clonal analysis approach to revealing the mechanisms of stem cell formation in Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Suzuki H, Harrison CJ, Shimamura M, Kohchi R, Nishihama R
  • 学会等名: 国際シンポジウム「Principles of pluripotent stem cells underlying plant vitality」
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The sole conserved auxin receptor MpTIR1 is dispensable for cell survival but critical for organized 3D body plan (2019)
  • 著者名/発表者名: Suzuki H, Kato H, Nishihama R, Kohchi T
  • 学会等名: 国際シンポジウム「Principles of pluripotent stem cells underlying plant vitality」
  • 国際学会
• [学会発表] A Raf-like kinase that is involved in the signaling of photosynthesis in the liverwort Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Koide E, Shintaku A, Terai M, Nomura Y, Yotsui I, Suetsugu N, Nakagami H, Kohchi T, Nishihama R
  • 学会等名: 2019 18th International Joint Mini-symposium on Molecular and Cell Biology @NTU
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 遺伝子特性学分野 発表論文 Publications
  • URL: http://www.plantmb.lif.kyoto-u.ac.jp/publications/