2017 Fiscal Year Annual Research Report
植物幹細胞の新生・維持に必要な非対称分裂機構の解明
| Project Area | Principles of pluripotent stem cells underlying plant vitality |
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| Project/Area Number |
17H06471
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
五島 剛太 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (20447840)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 豊 国立遺伝学研究所, ゲノム・進化研究系, 教授 (40345872)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2022-03-31
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| Keywords | 植物分子遺伝学 / 細胞生物学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
幹細胞の新生と維持にはしばしば「非対称分裂」（=2つの娘細胞が異なる性質を呈するような細胞分裂様式）を伴う。本計画研究班は、植物細胞が行う非対称分裂の一連の過程、すなわち「細胞極性の確立・分裂・分化と維持」機構の解明を通じて、植物生存の永続性を支える基盤となる植物幹細胞の新生と維持の分子基盤に迫るとともに、植物幹細胞生物学分野の創生に貢献することを目指している。
これまでに、ヒメツリガネゴケの幹細胞において、非対称細胞分裂のキー構造体である微小管集合体（ガメトソームと命名）を発見した。ガメトソームを破壊すると紡錘体の配向がランダムになり、分裂面に異常をきたした（Kosetsu et al. PNAS. 2017）。また、染色体分配のための必須構造体・動原体に欠損を生じると、細胞質分裂の阻害が引き起こされることを発見した。細胞質分裂に一度だけ失敗した幹細胞はその後も分裂と分化を続け、倍数体コケが生まれた（Kozgunova et al. eLife. 2019）。
イネを用いた研究では、非対称分裂に関わることがシロイヌナズナにおいて知られているMPK6のイネオルソログであるGLE4の機能解析を行った。シロイヌナズナとは異なりイネにおいてはGLE4は接合子の非対称分裂には必須でないことが明らかになった。一方、GLE4は接合子非対称分裂後の胚の頂部－基部軸の形成に必要であることが明らかになった。このことから、接合子非対称分裂と頂部－基部の軸形成は異なる機構により制御されうることが明らかになった（論文投稿中）。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ヒメツリガネゴケのプロジェクトで予期しない結果が出て予定外の細胞観察実験を追加したため遅れは生じたが、最終的にこのプロジェクトを含めた複数の原著論文を公表できたため。イネのプロジェクトについても、非対称分裂と胚の極性に関するデータがまとまり、論文投稿に至ったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）ヒメツリガネゴケ
微小管結合因子、キネシンモーター、分裂期シグナル伝達分子、極性化に重要な役割を果たすことが濃厚な因子の破壊株を作出する「網羅的逆遺伝学」を継続するとともに、見つかった興味深い遺伝子について、細胞内動態解析を行う。これまでに、佐藤（分担）の同定した球状型イネ胚形成突然変異体の原因遺伝子のコケオルソログについて新しい知見が得られたため、詳細な解析を進める。また最近CRISPR/Cas9法を改良し効率良く遺伝子点変異を導入することが可能になったので、従来の多重破壊株の作成に加えてプロジェクトを加速させる。
（２）イネ
GLE4/MPK6が制御する胚の極性形成に関わる他の因子の同定を進める。具体的には、GLE4/MPK6情報伝達の上位で機能する受容体型キナーゼとそのリガンドおよび下流で機能する極性維持因子等の解析を行う。これまでに、gle4突然変異とよく似た変異体の原因遺伝子として、受容体型キナーゼの突然変異ならびに、真菌類で極性維持に関与する因子が同定されている。これら因子の発現解析、細胞内や組織内での局在解析を進める。
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| Remarks |
国立遺伝学研究所公開講演会「植物の形作りと作物育種」佐藤豊（招待講演）2017年
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