2013 Fiscal Year Annual Research Report
細胞運命の決定と機能発現を支えるパターン形成の制御ロジック
| Project Area | Multidimensional Exploration of Logics of Plant Development |
|---|
| Project/Area Number |
25113007
|
|---|
| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
|---|
Principal Investigator |
中島 敬二 奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 教授 (80273853)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
|
| Keywords | 植物 / 発生 / 組織分化 / 細胞間情報伝達 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
植物の組織分化は、①位置情報に基づく運命決定、②組織特異的な遺伝子発現制御系の樹立、③代謝産物の集積や細胞形態の獲得による特異的機能の発現、の3段階に分けて考えることができる。本研究課題では、これらのうち①と③の段階を明らかにする。
上記①について、細胞非自律的なmiRNAを介した細胞間伝達が植物の発生に普遍的な機能を果たしているかについて、シロイヌナズナの根冠細胞の分化を対象とした解析をおこなった。根冠細胞の分化にはオーキシン応答性転写因子であるARF10とARF16が重要な役割を果たす。ARF10とARF16はmiR160による転写後抑制を受けているが、その詳細なメカニズムは知られていなかった。miR160は、MIR160A, MIR160B, MIR160Cの３遺伝子座から産生されるが、これらのレポーターラインを作製して発現解析を行ったところ、miR160が根の内皮細胞より内側で産生されることが分かった。一方でセンサー植物を作製して解析したところ、miR160の活性は内皮よりも外側の細胞層にまで広がっていた。すなわちmiR160が細胞非自律的に機能することが明らかとなった。その発生学的意義を解析するため、miR160耐性変異を導入したARF10遺伝子を自身のプロモーター下で発現させたところ、根冠分化の指標であるアミロプラストが通常の根冠分化領域の外側にまで拡張していた。以上の結果から、シロイヌナズナの根端分裂組織において、miR160を含めた複数のmiRNA分子種が細胞非自律的に機能し、組織分化を調整している可能性が示唆された。
また上記③の段階に関しては、根冠分化のマスター制御因子であるSMB, BRN1/2転写因子の下流で機能する代謝酵素遺伝子を、マイクロアレイを用いたトランスクリプトーム解析により同定した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究代表者らは、これまでシロイヌナズナの根や胚においてmiR165/166の細胞非自律的機能が維管束細胞の分化や、初期胚における先端－基部軸の形成に中心的な役割を果たしていることを明らかにしてきた。しかし、これがmiR165/166に限った機能なのか、他のmiRNA分子種にも共通した制御メカニズムであるのかは不明であった。今回の研究成果により、少なくともシロイヌナズナの根端分裂組織においては、miR165/166に加え、miR160も細胞非自律的に機能していることが明らかとなった。複数のmiRNA分子種が細胞自律的に機能することが明かとなったことにより、miRNAの細胞非自律性が植物の発生において普遍的な役割をもつ可能性が強く示唆された。このような知見は、本新学術領域研究が目指す「植物発生ロジック」の構築に重要な貢献をするものであると判断される。
|
| Strategy for Future Research Activity |
当年度の研究により、miRNAの細胞非自律的機能に依存した細胞間シグナル伝達機構の普遍性が示唆された。今後は様々な天然miRNAや人工miRNAを対象として、根端分裂組織における細胞非自律性を検討する必要がある。これについては、miRNAの組織特異的かつ誘導的発現系と、蛍光タンパク質レポーターを用いたセンサー系を組み合わせたアッセイ系を作製しており、これを用いて解析を行う予定である。また根端分裂組織以外の胚や胚珠におけるmiRNAの細胞非自律性と、それが組織パターン形成に果たす機能を解析する予定である。
一方、細胞分化の実体部分、すなわち細胞形態の獲得や代謝産物の蓄積などについても、根冠細胞や根の師部要素の分化を対象に、これらに関わる候補遺伝子を同定している。今後は候補遺伝子やその遺伝子産物の機能解析、イメージング解析、あるいはメタボローム解析を通じて、細胞の機能発現のメカニズムを明らかにする研究を合わせて行う予定である。
|
