花幹細胞の終結過程における遺伝子ネットワークの冗長性と協調性

2018 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: 18H04839
• 研究機関: 奈良先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 伊藤 寿朗 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (90517096)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 発現制御 / 幹細胞 / 増殖抑制

研究実績の概要

本研究では、花において旺盛な幹細胞の増殖活性を自ら停止し、生殖器官を分化させる仕組みを明らかにするために、これまでの単一変異の解析では見落とされていた遺伝子機能を多重変異体の活用により分子遺伝学的に解明することを主目的としている。シロイヌナズナにおいて、独立に花幹細胞を抑制すると考えられている３つの経路を構成する主要因子：AGAMOUS (AG)、SUPERMAN (SUP)の2つの転写因子と、CLAVATA3 (CLV3) ペプチドリガンドの遺伝学的な相互作用についてはすでに論文として報告した(Uemura et al. Plant Reproduction, 2018)。また、花幹細胞の増殖抑制に機能するSUPはポリコム因子CLFと直接結合することで、オーキシン合成を抑制している。本内容を花幹細胞の増殖抑制におけるエピジェネティック機構を介したオーキシン制御の論文としてEMBO Journal(2018)にて発表した。さらにCRCによるクロマチンを介したオーキシン合成酵素の制御機構の論文をNature Communications (2018)にて発表した。ヒストンの脱メチル化酵素によるABAシグナルにおける新規フィードバック系を解明してPlant, Cell & Environment (2019)に発表した。また、関連論文をShort CommunicationsとしてPlant Signaling Behavior(2019)や花幹細胞の増殖抑制機構についてのレビュー(Xu et al., J of Experimental Botany 2019)に発表した。また、細胞自立的に花幹細胞の増殖抑制にかかわる経路の解析を行い、エピジェネティック制御を介した遺伝子ネットワーク機構を解明して論文報告を行った（Sun et al. Plant Cell 2019 in press）。現在、花幹細胞制御因子の多重突然変異体をもちいた分子遺伝学的解析も進めている。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

花幹細胞制御におけるKNUとWUSとの関連性については、植物系トップジャーナルであるThe Plant Cell (2019)にて報告した。また、CRCおよびSUPによるエピジェネティック制御を介した花幹細胞の増殖抑制機構は、それぞれNature Communications (2018)およびEMBO Journal(2018)において報告した。さらにcrc sup二重突然変異体の分子遺伝学的な解析に関しても最終的にまとめ上げる段階にある。その他、ABAシグナル系におけるヒストン脱メチル化酵素の働きを明らかにして、Plant, Cell & Environment (2019)にて報告した。

今後の研究の推進方策

花幹細胞の増殖抑制に機能する2つの転写因子であるKNUとSUPの二重突然変異体を用いた表現型の解析に併せて、RNA-seqによる発現プロファイル解析を目指す。同時に、変動環境下において、分化マーカー遺伝子の発現および表現型も観察することで、増殖と分化のバランスを保ち、花器官の数を一定に保つための環境頑強性の機能解析を進める。

備考

新聞記事など 1.伊藤寿朗、日本経済新聞「花がめしべづくりを開始するためのDNAの折りたたみ構造変化を解明」奈良先端科学技術大学院大学 2018年12月12日
アウトリーチ活動など 1.奈良先端大サイエンス塾 花のABCモデルを平易に解説した。2018年10月13日 2.奈良先端大オープンキャンパス 植物の花の形作りについて。2018年11月11日

研究成果

• [雑誌論文] Abscisic acid‐dependent histone demethylation during postgermination growth arrest in Arabidopsis (2019)
  • 著者名/発表者名: Wu Jinfeng、Ichihashi Yasunori、Suzuki Takamasa、Shibata Arisa、Shirasu Ken、Yamaguchi Nobutoshi、Ito Toshiro
  • 雑誌名: Plant, Cell & Environment 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1111/pce.13547
  • 査読あり
• [雑誌論文] Integration of transcriptional repression and Polycomb-mediated silencing of WUSCHEL in floral meristems (2019)
  • 著者名/発表者名: Bo Sun, Yingying Zhou, Jie Cai, Erlei Shang, Nobutoshi Yamaguchi, Jun Xiao, Liang-Sheng Looi, Wan-Yi Wee, Xiuying Gao, Doris Wagner, Toshiro Ito.
  • 雑誌名: The Plant Cell 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1105/tpc.18.00450
  • 査読あり
• [雑誌論文] When to stop: an update on molecular mechanisms of floral meristem termination (2019)
  • 著者名/発表者名: Yifeng Xu, Nobutoshi Yamaguchi, Eng-Seng Gan, Toshiro Ito
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 巻: 70 ページ: 1711～1718
  • DOI: 10.1093/jxb/erz048
  • 査読あり
• [雑誌論文] Histone demethylases control root elongation in response to stress-signaling hormone abscisic acid (2019)
  • 著者名/発表者名: Jinfeng Wu, Nobutoshi Yamaguchi & Toshiro Ito
  • 雑誌名: Plant Signaling & Behavior 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1080/15592324.2019.1604019
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chromatin-mediated feed-forward auxin biosynthesis in floral meristem determinacy (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi Nobutoshi、Huang Jiangbo、Tatsumi Yoshitaka、Abe Masato、Sugano Shigeo S.、Kojima Mikiko、Takebayashi Yumiko、Kiba Takatoshi、Yokoyama Ryusuke、Nishitani Kazuhiko、Sakakibara Hitoshi、Ito Toshiro
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 ページ: -
  • DOI: 10.1038/s41467-018-07763-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Meristem Termination and Organ Number Control in Early Stage of Arabidopsis Flower Development (2018)
  • 著者名/発表者名: Xu Yifeng、Ito Toshiro
  • 雑誌名: Journal of Cell Signaling 巻: 03 ページ: -
  • DOI: 10.4172/2576-1471.1000186
  • 査読あり
• [雑誌論文] In Situ Proximity Ligation Assay to Detect the Interaction Between Plant Transcription Factors and Other Regulatory Proteins (2018)
  • 著者名/発表者名: Yifeng Xu, Eng-Seng Gan, Toshiro Ito
  • 雑誌名: Plant Transcription Factors.Methods in molecular biology (Clifton, N.J.) 巻: 1830 ページ: 325～335
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-8657-6_19
  • 査読あり
• [雑誌論文] Using CRISPR/Cas9 System to Introduce Targeted Mutation in Arabidopsis (2018)
  • 著者名/発表者名: Ze Hong Lee, Nobutoshi Yamaguchi, Toshiro Ito
  • 雑誌名: Plant Transcription Factors.Methods in molecular biology (Clifton, N.J.) 巻: 1830 ページ: 93～108
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-8657-6_6
  • 査読あり
• [雑誌論文] RGB-Color Intensiometric Indicators to Visualize Spatiotemporal Dynamics of ATP in Single Cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Arai Satoshi、Kriszt Rokus、Harada Kazuki、Looi Liang-Sheng、Matsuda Shogo、Wongso Devina、Suo Satoshi、Ishiura Shoichi、Tseng Yu-Hua、Raghunath Michael、Ito Toshiro、Tsuboi Takashi、Kitaguchi Tetsuya
  • 雑誌名: Angewandte Chemie 巻: 130 ページ: 11039～11044
  • DOI: 10.1002/ange.201804304
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] SUPERMAN regulates floral whorl boundaries through control of auxin biosynthesis (2018)
  • 著者名/発表者名: Xu Yifeng、Prunet Nathanael、Gan Eng‐Seng、Wang Yanbin、Stewart Darragh、Wellmer Frank、Huang Jiangbo、Yamaguchi Nobutoshi、Tatsumi Yoshitaka、Kojima Mikiko、Kiba Takatoshi、Sakakibara Hitoshi、Jack Thomas P、Meyerowitz Elliot M、Ito Toshiro
  • 雑誌名: The EMBO Journal 巻: 37 ページ: e97499～e97499
  • DOI: 10.15252/embj.201797499
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Membrane-Bound NAC-Like Transcription Factor OsNTL5 Represses the Flowering in Oryza sativa (2018)
  • 著者名/発表者名: Guo S, Dai S, Singh PK, Wang H, Wang Y, Tan JLH, Wee W, Ito T
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science, Plant Biotechnology 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.3389/fpls.2018.00555
  • 査読あり
• [雑誌論文] Regulation of floral meristem activity through the interaction of AGAMOUS, SUPERMAN, and CLAVATA3 in Arabidopsis. (2018)
  • 著者名/発表者名: Uemura, A., Yamaguchi, N., Xu, X., Wee, W., Ichihashi, Y., Suzuki, T., Shibata, A., Shirasu, K., and Ito, T.
  • 雑誌名: Plant Reproduction 巻: 31 ページ: 89-105
  • DOI: 10.1007/s00497-017-0315-0
  • 査読あり
• [学会発表] Multistep termination of floral stem cell activities (2019)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 寿朗
  • 学会等名: Japan-Taiwan Plant Biology 2019 (JTPB2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spatio-temporal regulation of floral stem cell activities (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 寿朗
  • 学会等名: PSDB 10th Annual National Convention
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Memory and induced forgetting in plants (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 寿朗
  • 学会等名: University of the Philippines-Diliman Ateneo de University 大学訪問セミナー
• [学会発表] 植物における記憶定着と能動的忘却システム (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 寿朗
  • 学会等名: さきがけ懇親会
• [学会発表] Spatio-temporal regulation of floral stem cell activities (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 寿朗
  • 学会等名: Henan University大学訪問セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Multi-step termination of floral stem cell activities (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 寿朗
  • 学会等名: 福建農林大学さくらサイエンスプラン
• [学会発表] Auxin-mediated multistep termination of floral stem cell activities (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 寿朗
  • 学会等名: IPMB 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 花幹細胞の時空間的な運命制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 寿朗
  • 学会等名: 京都大学形態統御学分科セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Auxin-mediated floral meristem determinacy control (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 寿朗
  • 学会等名: 25th ICSPR 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Auxin-mediated multistep termination of floral stem cell activities (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 寿朗
  • 学会等名: Meristem 2018
  • 国際学会 / 招待講演