植物における栄養繁殖器官の発生開始を制御する分子メカニズム

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H04391
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 石崎 公庸 神戸大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (00452293)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 栄養繁殖 / 無性生殖 / 転写因子 / 低分子量Gタンパク質 / 不等分裂

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、単純な発生制御メカニズムを持ち栄養繁殖の仕組みを有するゼニゴケをモデルとし、栄養繁殖の分子メカニズムを明らかにする。
本年度、まず杯状体形成を制御するGCAM1の発現組織を詳細に解析するため、GCAM1のプロモーターにGUSレポーター遺伝子を連結しゼニゴケに導入した形質転換体をもちいてGCAM1の発現制御に必要なプロモーター領域の同定をすすめた。またGCAM1下流で制御される遺伝子制御ネットワークを詳細に解明するためGCAM1機能を任意のタイミングで誘導できるGCAM1-GR（GCAM1のC末端側にグルココルチコイド受容体ドメインを融合したタンパク質）を発現する形質転換体の作出を行った。その結果、GCAM1の機能により、気室や杯状体といった組織分化が抑制され、未分化な細胞の増殖が促進されることが示唆された。未分化な細胞増殖を促進するGCAM1の機能を更に解析するため、GCAM1過剰発現体についてRNA-seqによる比較トランスクリプトーム解析を行った。現在、データの解析中であるが、杯状体で発現が上昇している遺伝子の多くがGCAM1異所過剰発現体で発現が上昇していることが示唆されている。
また無性芽始原細胞の形成に必須であるkarappo変異体については、蛍光タンパク質を融合したKAR遺伝子コンストラクトによる表現型の相補を確認した。さらにRop型Gタンパク質遺伝子との相互作用を確認するため、酵母２ハイブリッド実験に供するためのベクター作りを進めた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

栄養繁殖器官発生の「場」の形成を制御するGCAM1の発現制御については、解析の準備が順調に進んでいる。また発現をより直接的に解析するため、in situハイブリダイゼーションの系を立ち上げている。KARAPPO1の解析についてはコンストラクトの作製がやや遅れているが、相互作用因子の探索に必要な酵母の系の立ち上げも順調に進んでいる。GCAM1下流因子を同定するためのRNA-seq解析についても予定した解析を完了できた。

Strategy for Future Research Activity

GCAM1上流の制御機構を解明するため、GCAM1の発現制御に必要なプロモーター領域の同定を加速させる。また制御領域に結合するタンパク質を同定するため酵母one-hybrid法に加えてengineered ChIP解析法の導入を検討する。GCAM1の発現パターンを直接的に解析するためin situ RNAハイブリダイゼーション法の確立を急ぎたい。KARAPPO1については、コンストラクトの準備が整い次第、相互作用因子の解析やスクリーニングを進める予定である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Monash University(Australia)
  • Country Name: Australia
  • Counterpart Institution: Monash University
• [Int'l Joint Research] Joint Genome Institute, DOE(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Joint Genome Institute, DOE
• [Int'l Joint Research] Gregor Mendel Institute(Austria)
  • Country Name: Austria
  • Counterpart Institution: Gregor Mendel Institute
• [Int'l Joint Research] University of Oxford/University of Cambridge(United Kingdom)
  • Country Name: United Kingdom
  • Counterpart Institution: University of Oxford/University of Cambridge
• [Int'l Joint Research] University of Osnabruck(Germany)
  • Country Name: Germany
  • Counterpart Institution: University of Osnabruck
• [Journal Article] Molecular genetic tools and techniques for Marchantia polymorpha research. (2016)
  • Author(s): Ishizaki, K., Nishihama, R., Yamato, K.T. and Kohchi, T.
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 57 Pages: 262-270
  • DOI: 10.1093/pcp/pcv097
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] RSL class I genes controlled the development of epidermal structures in the common ancestor of land plants. (2016)
  • Author(s): Proust, H., Honkanen, S., Jones, V.A., Morieri, G., Prescott, H., Kelly, S., Ishizaki, K., Kohchi, T. and Dolan, L.
  • Journal Title: Current Biology Volume: 26 Pages: 93-99
  • DOI: 10.1016/j.cub.2015.11.042
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Development of Gateway binary vector series with four different selection markers for the liverwort Marchantia polymorpha. (2015)
  • Author(s): Ishizaki, K., Nishihama, R., Ueda, M., Inoue, K., Ishida, S., Nishimura, Y., Shikanai, T. and Kohchi, T.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 10 Pages: e0138876.
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0138876
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Auxin produced by the indole-3-pyruvic acid pathway regulates development and gemmae dormancy in the liverwort Marchantia polymorpha. (2015)
  • Author(s): Eklund, D.M., Ishizaki, K., Flores-Sandoval, E., Kikuchi, S., Takebayashi, Y., Tsukamoto, S., Hirakawa, Y., Nonomura, M., Kato, H., Kouno, M., Bhalerao, R.P., Lagercrantz, U., Kasahara, H., Kohchi, T. and Bowman, J.L.
  • Journal Title: The Plant Cell Volume: 27 Pages: 1650-1669
  • DOI: 10.1105/tpc.15.00065
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Auxin-mediated transcriptional system with a minimal set of components is critical for morphogenesis through the life cycle in Marchantia polymorpha. (2015)
  • Author(s): Kato, H., Ishizaki, K., Kouno, M., Shirakawa, M., Bowman, J.L., Nishihama, R. and Kohchi, T.
  • Journal Title: PLoS Genetics Volume: 11 Pages: e1005084
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1005084
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Conserved mechanism for secondary meristem formation in land plants (2016)
  • Author(s): Kimitsune Ishizaki
  • Organizer: 第57回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 岩手大学（岩手県・盛岡市）
  • Year and Date: 2016-03-18 – 2016-03-20
  • Invited
• [Presentation] Functional characterization of GCAM1, an R2R3-MYB essential for the development of gemma cup in the liverwort Marchantia polymorpha. (2016)
  • Author(s): Shigeyuki Tsukamoto; Tomomi Sugaya; Katsuyuki T. Yamato; Ryuichi Nishihama; Hiroyoshi Kubo; Hidehiro Fukaki; Tetsuro Mimura; Takayuki Kohchi; Kimitsune Ishizaki
  • Organizer: 第57回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 岩手大学（岩手県・盛岡市）
  • Year and Date: 2016-03-18 – 2016-03-20
• [Presentation] Characterization of KARAPPO, an essential gene for gemma formation in Marchantia polymorpha. (2016)
  • Author(s): Takuma Hiwatashi; Katsushi Yamaguchi; Shuji Shigenobu; Shinichiro Sawa; Hiroyuki Kirita; Hidehiro Fukaki; Tetsuro Mimura; Takayuki Kohchi; Kimitsune Ishizaki
  • Organizer: 第57回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 岩手大学（岩手県・盛岡市）
  • Year and Date: 2016-03-18 – 2016-03-20
• [Presentation] Identification and characterization of a bHLH gene involved in gemma germination in the liverwort Marchantia polymorpha. (2016)
  • Author(s): Mikako Yoshikawa; Shigeyuki Tsukamoto; Hidehiro Fukaki; Tetsuro Mimura; Kimitsune Ishizaki
  • Organizer: 第57回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 岩手大学（岩手県・盛岡市）
  • Year and Date: 2016-03-18 – 2016-03-20
• [Presentation] Functional characterization of a LATERAL SUPPRESSOR homolog in Marchantia polymorpha. (2016)
  • Author(s): Marina Uno; Shigeyuki Tsukamoto; Hidehiro Fukaki; Tetsuro Mimura; Kimitsune Ishizaki
  • Organizer: 第57回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 岩手大学（岩手県・盛岡市）
  • Year and Date: 2016-03-18 – 2016-03-20
• [Presentation] Identification of the gene GEMMA CUP-ASSOCIATED MYB 2 involved in the formation of gemma cup in Marchantia polymorpha (2016)
  • Author(s): Hideyuki Takami; Shigeyuki Tsukamoto; Akihide Masuda; Hidehiro Fukaki; Tetsuro Mimura; Takayuki Kohchi; Kimitsune Ishizaki
  • Organizer: 第57回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 岩手大学（岩手県・盛岡市）
  • Year and Date: 2016-03-18 – 2016-03-20
• [Presentation] An ancient regulatory mechanism for secondary meristem formation in land plants (2015)
  • Author(s): Kimitsune Ishizaki
  • Organizer: Towards Increased Plant Productivity through Understanding of Environmental Responses and Epigenetic Regulation
  • Place of Presentation: 理研、横浜キャンパス（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2015-11-24 – 2015-11-25
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ゼニゴケの杯状体形成を制御するGCAM1の機能解析 (2015)
  • Author(s): 塚本 成幸; 菅谷 友美; 大和 勝幸; 西浜 竜一; 久保 浩義; 深城 英弘; 三村 徹郎; 河内 孝之; 石崎 公庸
  • Organizer: 日本植物学会第79回大会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ（新潟県・新潟市）
  • Year and Date: 2015-09-06 – 2015-09-08
• [Presentation] 無性芽形成異常変異体karappo-2における変異原因遺伝子の解析 (2015)
  • Author(s): 樋渡 琢真; 山口 勝司; 重信 秀治; 澤 進一郎; 深城 英弘; 三村 徹郎; 河内 孝之; 石崎 公庸
  • Organizer: 日本植物学会第79回大会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ（新潟県・新潟市）
  • Year and Date: 2015-09-06 – 2015-09-08
• [Presentation] ゼニゴケの杯状体と生殖器の形成に関与するR2R3-MYB型転写因子GCAM2の解析 (2015)
  • Author(s): 高見 英幸; 塚本 成幸; 増田 晃秀; 深城 英弘; 三村 徹郎; 河内 孝之; 石崎 公庸
  • Organizer: 日本植物学会第79回大会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ（新潟県・新潟市）
  • Year and Date: 2015-09-06 – 2015-09-08
• [Remarks] 神戸大学大学院理学研究科生物学専攻 石崎研究室HP
  • URL: http://www.research.kobe-u.ac.jp/fsci-ishizaki/