幹細胞増幅周期制御に関わるオーキシン応答性の区画化

2023 年度 実績報告書

• 研究領域: 細胞システムの自律周期とその変調が駆動する植物の発生
• 研究課題/領域番号: 22H04733
• 研究機関: 東京理科大学
• 研究代表者: 西浜 竜一 東京理科大学, 創域理工学部生命生物科学科, 教授 (70283455)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 幹細胞 / 二叉分枝 / オーキシン / 細胞感コミュニケーション / ゼニゴケ / 転写因子

研究実績の概要

植物は周期的に幹細胞群を新たにつくり、枝分かれを行う。ゼニゴケは、葉状体の先端に存在する頂端幹細胞を周期的に増幅して二叉分枝を行うが、その際の幹細胞の動態はよくわかっていなかった。植物ホルモン・オーキシンへの応答性が、幹細胞ゾーンでは低く、その周辺では高いことが示唆されたため、オーキシン応答マーカーを確立して、その動態を追う予定であったが期間内には確立できなかった。しかし、幹細胞ゾーンで特異的に発現する転写因子（S）と、オーキシン応答促進に関わる転写因子（A）の発現レポーターを用いて、ライブイメージング観察を行ったところ、分枝進行に伴ってAの発現が低い領域が拡大し、Sの発現はその領域中で揺らぎながら最終的に両端に固定される様子が観察された。よって、新しい幹細胞は元の幹細胞から直接生じるのではなく、低オーキシン応答性領域が拡大し、その両端に新たに形成されることが示唆された。
AとSの標的候補として前年度に同定した、分泌性ペプチドとその推定受容体の遺伝子の発現レポーター株を観察したところ、AとSの発現部位とよく合致する発現パターンが観察された。ペプチド遺伝子の誘導過剰発現株で発現誘導を行ったところ、幹細胞ゾーンが乱れるとともに、メリステム内で分化に向かう細胞がより早く分化すると考えられる表現型が見られた。よって、このペプチドを介した細胞間コミュニケーションが、オーキシン応答性制御と協調して幹細胞性を制御することが示唆され、それが幹細胞動態、およびオーキシン応答性の区画化に及ぼす影響をさらに解析することで、二叉分枝のより詳細なメカニズムの解明が期待される。

現在までの達成度 (段落)

令和5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5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] National Taiwan University(その他の国・地域)
  • 国名: その他の国・地域
  • 外国機関名: National Taiwan University
• [国際共同研究] University of Edinburgh(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of Edinburgh
• [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
• [国際共同研究] Monash University(オーストラリア)
  • 国名: オーストラリア
  • 外国機関名: Monash University
• [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
• [雑誌論文] A non-canonical BZR/BES transcription factor regulates the development of haploid reproductive organs in Marchantia polymorpha (2024)
  • 著者名/発表者名: Furuya Tomoyuki、Saegusa Natsumi、Yamaoka Shohei、Tomoita Yuki、Minamino Naoki、Niwa Masaki、Inoue Keisuke、Yamamoto Chiaki、Motomura Kazuki、Shimadzu Shunji、Nishihama Ryuichi、Ishizaki Kimitsune、Ueda Takashi、Fukaki Hidehiro、Kohchi Takayuki、Fukuda Hiroo、Kasahara Masahiro、Araki Takashi、Kondo Yuki
  • 雑誌名: Nature Plants 巻: n/a ページ: n/a
  • DOI: 10.1038/s41477-024-01669-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dual Regulation of Cytochrome P450 Gene Expression by Two Distinct Small RNAs, a Novel tasiRNA and miRNA, in <i>Marchantia polymorpha</i> (2024)
  • 著者名/発表者名: Hung Yu-Ling、Hong Syuan-Fei、Wei Wei-Lun、Cheng Shiuan、Yu Jia-Zhen、Tjita Veny、Yong Qian-Yuan、Nishihama Ryuichi、Kohchi Takayuki、Bowman John L、Chien Yuan-Chi、Chiu Yen-Hsin、Yang Ho-Chun、Lu Mei-Yeh Jade、Pan Zhao-Jun、Wang Chun-Neng、Lin Shih-Shun
  • 雑誌名: Plant And Cell Physiology 巻: n/a ページ: pcae029
  • DOI: 10.1093/pcp/pcae029
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Convergent evolution of water-conducting cells in Marchantia recruited the ZHOUPI gene promoting cell wall reinforcement and programmed cell death (2024)
  • 著者名/発表者名: Lu YT, Loue-Manifel J, Bollier N, Gadient P, De Winter F, Carella P, Hoguin A, Grey-Switzman S, Marnas H, Simon F, Copin A, Fischer S, de Leau E, Schornack S, Nishihama R, Kohchi T, Depege Fargeix N, Ingram G, Nowack MK, Goodrich J.
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 34 ページ: 793～807.e7
  • DOI: 10.1016/j.cub.2024.01.014
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Light-induced stomatal opening requires phosphorylation of the C-terminal autoinhibitory domain of plasma membrane H+-ATPase (2024)
  • 著者名/発表者名: Fuji Saashia、Yamauchi Shota、Sugiyama Naoyuki、Kohchi Takayuki、Nishihama Ryuichi、Shimazaki Ken-ichiro、Takemiya Atsushi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 15 ページ: 1195
  • DOI: 10.1038/s41467-024-45236-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Conserved CKI1-mediated signaling is required for female germline specification in Marchantia polymorpha (2024)
  • 著者名/発表者名: Bao Haonan、Sun Rui、Iwano Megumi、Yoshitake Yoshihiro、Aki Shiori S.、Umeda Masaaki、Nishihama Ryuichi、Yamaoka Shohei、Kohchi Takayuki
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 34 ページ: 1324～1332.e6
  • DOI: 10.1016/j.cub.2024.01.013
  • 査読あり
• [雑誌論文] The phosphorylated pathway of serine biosynthesis affects sperm, embryo, and sporophyte development, and metabolism in Marchantia polymorpha (2024)
  • 著者名/発表者名: Wang Mengyao、Tabeta Hiromitsu、Ohtaka Kinuka、Kuwahara Ayuko、Nishihama Ryuichi、Ishikawa Toshiki、Toyooka Kiminori、Sato Mayuko、Wakazaki Mayumi、Akashi Hiromichi、Tsugawa Hiroshi、Shoji Tsubasa、Okazaki Yozo、Yoshida Keisuke、Sato Ryoichi、Ferjani Ali、Kohchi Takayuki、Hirai Masami Yokota
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 7 ページ: 102
  • DOI: 10.1038/s42003-023-05746-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transcription of the Antisense Long Non-Coding RNA, <i>SUPPRESSOR OF FEMINIZATION</i>, Represses Expression of the Female-Promoting Gene <i>FEMALE GAMETOPHYTE MYB</i> in the Liverwort <i>Marchantia polymorpha</i> (2024)
  • 著者名/発表者名: Kajiwara Tomoaki、Miyazaki Motoki、Yamaoka Shohei、Yoshitake Yoshihiro、Yasui Yukiko、Nishihama Ryuichi、Kohchi Takayuki
  • 雑誌名: Plant And Cell Physiology 巻: 65 ページ: 338～349
  • DOI: 10.1093/pcp/pcad170
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] RAF-like protein kinases mediate a deeply conserved, rapid auxin response (2024)
  • 著者名/発表者名: Kuhn Andre、Roosjen Mark、Mutte Sumanth、Dubey Shiv Mani、Carrillo Carrasco Vanessa Polet、Boeren Sjef、Monzer Aline、Koehorst Jasper、Kohchi Takayuki、Nishihama Ryuichi、Fendrych Maty??、Sprakel Joris、Friml Ji??、Weijers Dolf
  • 雑誌名: Cell 巻: 187 ページ: 130～148.e17
  • DOI: 10.1016/j.cell.2023.11.021
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Hormonal and genetic control of pluripotency in bryophyte model systems (2024)
  • 著者名/発表者名: Flores-Sandoval Eduardo、Nishihama Ryuichi、Bowman John L.
  • 雑誌名: Current Opinion in Plant Biology 巻: 77 ページ: 102486～102486
  • DOI: 10.1016/j.pbi.2023.102486
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] LysM-mediated signaling in Marchantia polymorpha highlights the conservation of pattern-triggered immunity in land plants (2023)
  • 著者名/発表者名: Yotsui, I., Matsui, H., Miyauchi, S., Iwakawa, H., Melkonian, K., Schluter, T., Michavila, S., Kanazawa, T., Nomura, Y., Stolze, S.C., Jeon, H.W., Yan, Y., Harzen, A., Sugano, S.S., Shirakawa, M., Nishihama, R., Ichihashi, Y., Ibanez, S.G., Shirasu, K., Ueda, T., Kohchi, T., Nakagami, H.
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 33 ページ: 3732～3746.e8
  • DOI: 10.1016/j.cub.2023.07.068
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Harnessing Deep Learning to Analyze Cryptic Morphological Variability of?<i>Marchantia polymorpha</i> (2023)
  • 著者名/発表者名: Tomizawa Yoko、Minamino Naoki、Shimokawa Eita、Kawamura Shogo、Komatsu Aino、Hiwatashi Takuma、Nishihama Ryuichi、Ueda Takashi、Kohchi Takayuki、Kondo Yohei
  • 雑誌名: Plant And Cell Physiology 巻: 64 ページ: 1343～1355
  • DOI: 10.1093/pcp/pcad117
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A bHLH heterodimer regulates germ cell differentiation in land plant gametophytes (2023)
  • 著者名/発表者名: Saito Misaki、Momiki Ryosuke、Ebine Kazuo、Yoshitake Yoshihiro、Nishihama Ryuichi、Miyakawa Takuya、Nakano Takeshi、Mitsuda Nobutaka、Araki Takashi、Kohchi Takayuki、Yamaoka Shohei
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 33 ページ: 4980～4987.e6
  • DOI: 10.1016/j.cub.2023.09.020
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biosynthesis of gibberellin-related compounds modulates far-red light responses in the liverwort <i>Marchantia polymorpha</i> (2023)
  • 著者名/発表者名: Sun Rui、Okabe Maiko、Miyazaki Sho、Ishida Toshiaki、Mashiguchi Kiyoshi、Inoue Keisuke、Yoshitake Yoshihiro、Yamaoka Shohei、Nishihama Ryuichi、Kawaide Hiroshi、Nakajima Masatoshi、Yamaguchi Shinjiro、Kohchi Takayuki
  • 雑誌名: The Plant Cell 巻: 35 ページ: 4111～4132
  • DOI: 10.1093/plcell/koad216
  • 査読あり
• [学会発表] 幹細胞因子MpLAXRの発現パターンから見るゼニゴケ二叉分枝の解析 (2024)
  • 著者名/発表者名: 今井雄星, 灰庭瑛実, 岩木彩, 石田咲子, 河内孝之, 西浜竜一
  • 学会等名: 日本植物生理学会第65回年会
• [学会発表] Analysis of regeneration control by the MAP kinase MpMPK1 in Marchantia polymorpha (2024)
  • 著者名/発表者名: Rika Yanuki, Shota Yamauchi, Ryuichi Nishihama
  • 学会等名: 日本植物生理学会第65回年会
• [学会発表] Regulatory pathway for decapitation-triggered cellular reprogramming in the liverwort Marchantia polymorpha (2023)
  • 著者名/発表者名: Ryuichi Nishihama
  • 学会等名: International Plant Regeneration Workshop “Molecular Insights into Plant Regeneration: From Cells to Tissues and Beyond”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Involvement of MAP kinase signaling in regeneration of Marchantia polymorpha (2023)
  • 著者名/発表者名: Rika Yanuki, Shota Yamauchi, Ryuichi Nishihama
  • 学会等名: International Plant Regeneration Workshop “Molecular Insights into Plant Regeneration: From Cells to Tissues and Beyond”
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis of the functions of the bHLH transcription factor MpLRL in apical growth and regeneration in Marchantia polymorpha (2023)
  • 著者名/発表者名: Haruka Mine, Aya Iwaki, Emi Hainiwa, Shohei Yamaoka, Takayuki Kohchi, Ryuichi Nishihama
  • 学会等名: International Plant Regeneration Workshop “Molecular Insights into Plant Regeneration: From Cells to Tissues and Beyond”
• [学会発表] Involvement of MAP kinase signaling in regeneration of Marchantia polymorpha (2023)
  • 著者名/発表者名: Rika Yanuki, Shota Yamauchi, Ryuichi Nishihama
  • 学会等名: Taiwan Japan Plant Biology 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Establishment and maintenance of stemness by limiting auxin responsiveness in Marchantia polymorpha (2023)
  • 著者名/発表者名: Yusei Imai, Emi Hainiwa, Sakiko Ishida, Aya Iwaki, Takeshi Kinami, Kohchi Takayuki, Ryuichi Nishihama
  • 学会等名: Taiwan Japan Plant Biology 2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Phosphorylation of two Thr residues in the C-terminal auto-inhibitory domain of plasma membrane H+-ATPase is crucial for light-induced stomatal opening (2023)
  • 著者名/発表者名: Fuji, S., Yamauchi, S., Sugiyama, N., Kohchi, T., Nishihama, R., Shimazaki, K. Takemiya, A.
  • 学会等名: 33rd International Conference on Arabidopsis Research
  • 国際学会
• [学会発表] 三次元頂端成長の確立とオーキシン~ゼニゴケの信号伝達経路の役割から探る~ (2023)
  • 著者名/発表者名: 西浜竜一、鈴木秀政、河内孝之
  • 学会等名: 日本植物学会第87回大会シンポジウム「植物の陸上進出の鍵となった細胞機能改変」
  • 招待講演
• [備考] 東京理科大学創域理工学部生命生物科学科西浜研究室
  • URL: https://www.rs.tus.ac.jp/nishihama/