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2018 年度 実績報告書

非生物ストレスによる維管束幹細胞新生の分子メカニズム

公募研究

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 18H04849
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

岩瀬 哲  国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 研究員 (40553764)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
キーワード幹細胞 / 脱分化 / 再分化 / カルス / 分化全能性 / 転写因子 / エピジェネティクス / 遺伝子発現ネットワーク
研究実績の概要

研究では、非生物ストレスが種々の転写因子を介してどのように幹細胞を新生するのか、特に傷害ストレス応答性転写因子WIND1に着目してその分子メカニズムを明らかにする。WIND1の核内タンパク量を調節する発現誘導系を用いた実験から、発現量を段階的に調節することで胚軸組織片のカルス化のみならず、カルスからの茎葉の再生や根の再生を誘発できることを発見した。これは、組織片からの新規な幹細胞新生が単一の転写因子の発現量によって調節できることを示している。茎葉幹細胞化と根幹細胞化が起きるWIND1発現量の試験区において、植物ホルモノームおよびメタボローム解析を経時的に行った所(領域内共同研究)、再生が起こる試験区のみで起こる植物ホルモンの変化を捉えることができた。同様にWIND1を誘導した試験区のみで有意に蓄積する代謝産物の多くは、これまで再生促進物質として経験的に培養系に添加されているものであった。これはWIND1によるダイナミックな代謝産物の変化が、幹細胞新生に寄与している可能性を示している。他方、葉肉細胞を維管束維管束細胞に分化させる培養系においては、WIND1は維管束幹細胞化を経ずに葉肉細胞を木部細胞に分化させている可能性が示された(領域内共同研究)。傷害部位においても、WIND1の機能抑制型植物体では木部細胞分化のマスター因子の発現が特異的に抑えられていた。引き続き、傷害ストレスによる個々の幹細胞新生 (維管束、茎葉、根)の分子メカニズムを明らかにしていく。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

これまでの研究から、葉肉細胞を維管束細胞に分化させる培養系におけるWIND1の機能や、傷害部位でのWIND1の維管束幹細胞新生における役割が明らかになっている。他の幹細胞新生における役割も徐々に捉えられているため。

今後の研究の推進方策

カルスの中では、茎葉や根の幹細胞も新生されるが、どのような分子がそれぞれの幹細胞形成を担っているのか、分子機構は未解明である。WIND1やその直接下流因子の働きに着目しつつ、これまで研究代表者が培ってきた独自の実験系にシングルセル解析などを適用して、幹細胞化するカルス細胞の系譜などを経時的に捉えていく。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 2件、 招待講演 8件)

  • [雑誌論文] Molecular Basis for Natural Vegetative Propagation via Regeneration in North American Lake Cress, Rorippa aquatica (Brassicaceae)2020

    • 著者名/発表者名
      Rumi Amano, Hokuto Nakayama, Risa Momoi, Emi Omata, Shizuka Gunji, Yumiko Takebayashi, Mikiko Kojima, Shuka Ikematsu, Momoko Ikeuchi, Akira Iwase, Tomoaki Sakamoto, Hiroyuki Kasahara, Hitoshi Sakakibara, Ali Ferjani, Seisuke Kimura
    • 雑誌名

      Plant & Cell Physiology

      巻: 61 ページ: 353-369

    • DOI

      doi: 10.1093/pcp/pcz202.

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Histone acetylation orchestrates wound-induced transcriptional activation and cellular reprogramming in Arabidopsis2019

    • 著者名/発表者名
      Bart Rymen, Ayako Kawamura, Alice Lambolez, Soichi Inagaki, Arika Takebayashi, Akira Iwase, Yuki Sakamoto, Kaori Sako, David S. Favero, Momoko Ikeuchi, Takamasa Suzuki, Motoaki Seki, Tetsuji Kakutani, Francois Roudier, Keiko Sugimoto
    • 雑誌名

      Communications Biology

      巻: 2 ページ: 404

    • DOI

      https://doi.org/10.1038/s42003-019-0646-5

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Wound-induced molecular network leading to regeneration2019

    • 著者名/発表者名
      Akira Iwase, Momoko Ikeuchi, Bart Rymen, Alice Lambolez, Takamasa Suzuki, Nobutaka Mitsuda, Keiko Sugimoto
    • 学会等名
      International Symposium: Principles of pluripotent stem cells underlying plant vitality
    • 国際学会
  • [学会発表] 植物の再生を司る分子メカニズム2019

    • 著者名/発表者名
      岩瀬哲
    • 学会等名
      神戸大学 学術セミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] Wound-induced molecular network leading to plant regeneration2019

    • 著者名/発表者名
      Akira Iwase
    • 学会等名
      Vienna BioCenter GMI Seminar
    • 招待講演
  • [学会発表] Wound-induced molecular network leading to plant regeneration2019

    • 著者名/発表者名
      Akira Iwase
    • 学会等名
      Seminar at BRC HAS
    • 招待講演
  • [学会発表] Wound-induced molecular network leading to Arabidopsis regeneration2019

    • 著者名/発表者名
      Akira Iwase, Momoko Ikeuchi, Bart Rymen, Alice Lambolez, Takamasa Suzuki, Nobutaka Mitsuda, Keiko Sugimoto
    • 学会等名
      FASEB, The Mechanisms in Plant Development Conference
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 接木とカルス2019

    • 著者名/発表者名
      岩瀬哲
    • 学会等名
      シンポジウム「接木を使ったシロイヌナズナ研究の新展開」
    • 招待講演
  • [学会発表] 分化多能性獲得時の代謝産物変化とその役割2019

    • 著者名/発表者名
      岩瀬哲, 及川彰, 草野都, 杉本慶子
    • 学会等名
      第13回メタボロームシンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] Molecular mechanisms of plant regeneration2019

    • 著者名/発表者名
      岩瀬哲
    • 学会等名
      大阪大学 生物科学セミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] 植物の再生を司る分子メカニズム2019

    • 著者名/発表者名
      岩瀬哲
    • 学会等名
      大阪府立大 生物科学フロンティアセミナー
    • 招待講演

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公開日: 2021-01-27  

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