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- 計画研究の内容【研究項目 A01：メリステムと器官発生の統御系】
計画研究の内容
| 班員名・所属 |
町田 泰則 [ 名古屋大学大学院理学研究科 教授 ] |
| 研究課題名 |
茎頂メリステムにおける細胞分裂と葉の発生を支配する統御系 |
| 課題番号 |
19060003 |
| 研究目的 |
| 本研究計画の目的は、茎頂メリステムの周辺部から葉原基が発生し、葉の3次元構造（1. 基部-先端部軸構造、2. 向-背軸構造、3. 左右相称性構造）が生み出される分子機構を解明することである。すでに、我々は、上記した3つの軸形成にはシロイヌナズナの ASYMMETRIC LEAVES1(AS1)とAS2タンパク質が重要であること、これらのタンパク質が葉原基形成の初期から機能していること、葉の向軸側の細胞分裂に対しては抑制的に働いていること、AS1と AS2 は共に核タンパク質であり核小体に隣接している構造体（AS2 ボディー）に局在していること、低分子RNAの蓄積量を調節することを通して葉の向-背軸性を制御していること、クラス I ホメオボックス遺伝子やETTIN/ARF3 遺伝子などの転写を介して、葉の形作りに関わっていることを示してきた。本研究の具体的目的は、AS1とAS2を基軸として、葉の発生分化の分子的仕組みを、上記のような観点から研究し、メリステムからの情報が葉の形成をどのように制御しているかを解明することである。 |
| 主要論文 |
Nishihama, R., Soyano, T., Ishikawa, M., Araki, S., Tanaka, H., Asada, T., Irie, K., Ito, M., Terada, M., Banno, H., Yamazaki, Y., and Machida, Y. (2002). Expansion of the Cell Plate in Plant Cytokinesis Requires a Kinesin-Like Protein/MAPKKK Complex. Cell 109, 87-99.
Sasabe, M., Soyano, T., Takahashi, Y., Sonobe, S., Igarashi, H., Itoh, TJ., Hidaka, M., and Machida, Y. (2006). Phosphorylation of NtMAP65-1 by a MAP kinase down-regulates its activity of microtubule bundling and stimulates progression of cytokinesis of tobacco cells. Genes & Dev. 20, 1004-1014.
Ueno, Y., Ishikawa, T., Watanabe, K., Terakura, S., Iwakawa, H., Okada, K., Machida, C. and Machida, Y. (2007). Histone deacetylases and ASYMMETRIC LEAVES2 are involved in the establishment of polarity in leaves of Arabidopsis. Plant Cell 19, 445-457. |
| 研究室URL |
http://www.bio.nagoya-u.ac.jp:8001/~yas/b2.html |
| 班員名・所属 |
深城 英弘 [ 神戸大学大学院理学研究科 准教授 ] |
| 研究課題名 |
根系構築の基礎となる根端メリステムの発生機構 |
| 課題番号 |
19060006 |
| 研究目的 |
高等植物の地下部を占める根系の構築にとって、側根形成の役割は重要である。これまで申請者は、側根形成の分子機構を解明する目的で、側根を欠失するシロイヌナズナslr (solitary-root)変異体（Aux/IAAリプレッサータンパク質IAA14の機能獲得変異体）や、側根形成能が顕著に低下するarf7 arf19二重変異体（オーキシン応答転写調節因子ARF7, ARF19の機能欠損変異体）を用いた研究を行った。その結果、側根形成開始には、これらの変異体の原因遺伝子産物ARF7, ARF19, SLR/IAA14を介したオーキシンによる遺伝子発現制御が重要であることが明らかとなった。さらに、申請者らの最近の研究から、LBD (Lateral Organ Boundary-domain)/ASL (AS2 domain-Like)ファミリーに属するLBD16/ASL18とLBD29/ASL16がARF7, ARF19の直接の標的遺伝子として側根形成で機能することが示された。そこで、本研究では、高等植物の根系構築の基礎となる根端メリステムの発生機構を明らかにすることを目的として、（１）ARFs, Aux/IAAs, オーキシン誘導性LBD/ASLタンパク質などを介した側根形成開始の分子カスケードを明らかにする、（２）側根形成開始や側根メリステム形成・維持に異常を示す新奇変異体を用いた発生遺伝学的解析を行い、オーキシンや新奇制御因子を介した側根メリステム形成・維持の分子機構を明らかにする。 |
| 主要論文 |
Fukaki, H., Taniguchi, N. and Tasaka, M. (2006) PICKLE is required for SOLITARY-ROOT/IAA14-mediated repression of ARF7 and ARF19 activity during Arabidopsis lateral root initiation. Plant J. 48, 380-389.
Okushima, Y., Fukaki, H., Onoda, M., Theologis, A. and Tasaka, M. (2007) ARF7 and ARF19 regulate lateral root formation via direct activation of LBD/ASL genes in Arabidopsis. Plant Cell 19,118-130.
Fukaki, H., Okushima, Y. and Tasaka, M. (2007) Auxin-mediated lateral root formation in higher plants. Int. Rev. Cytol. 256, 111-137. |
| 研究室URL |
http://www.research.kobe-u.ac.jp/fsci-fukaki/fukaki/top.html
http://www.edu.kobe-u.ac.jp/fsci-biol/staff/h-fukaki.html |
| 班員名・所属 |
杉山 宗隆 [ 東京大学大学院理学系研究科 准教授 ] |
| 研究課題名 |
茎頂及び根端メリステム新生の共通基盤となる細胞増殖統御系 |
| 課題番号 |
19060001 |
| 研究目的 |
| 側根や不定根、不定芽の形成においては、予め定まってはいなかった場所で、秩序立った細胞増殖が始まり、メリステムが新たに形成される。またカルスからの器官再生では、既存の位置情報が失われた、あるいは大きく乱された中で、細胞増殖の秩序が回復し、メリステムが生じる。これらの事実は、メリステム新形成の基盤に、自律的な細胞増殖統御系が存在することを示唆している。本研究では、シロイヌナズナの器官再生に関わる温度感受性突然変異体の解析を通して、こうしたメリステム新生の基層をなす細胞増殖統御系の解明を目指す。重点的解析対象には、メリステム形成・維持と脱分化の両方が温度感受性を示すsrd2、rid1、細胞増殖全般に弱い温度感受性を示すと同時に制限温度下で帯化するrrd1、rrd2、rid4、メリステムの維持は概ね正常で新形成のみが強い温度感受性を示すrid3、rpd2を取り上げ、これらの責任遺伝子がどのように細胞増殖の統制に働き、メリステムの新形成を実現させているかを明らかにする。 |
| 主要論文 |
Ozawa, S., Yasutani, I., Fukuda, H., Komamine, A., and Sugiyama, M. (1998) Organogenic responses in tissue culture of srd mutants of Arabidopsis thaliana. Development 125, 135-142.
Konishi, M., and Sugiyama, M. (2003) Genetic analysis of adventitious root formation with a novel series of temperature-sensitive mutants of Arabidopsis thaliana. Development 130, 5637-5647.
Ohtani, M., and Sugiyama, M. (2005) Involvement of SRD2-mediated activation of snRNA transcription in the control of cell proliferation competence in Arabidopsis. Plant J. 43, 479-490. |
| 研究室URL |
http://www.bg.s.u-tokyo.ac.jp/koishikawa/research/sugi-lab/sugi-1.html |
| 班員名・所属 |
柿本 辰男 [ 大阪大学大学院理学研究科 教授 ] |
| 研究課題名 |
情報分子によるメリステム構築の制御系 |
| 課題番号 |
19060005 |
| 研究目的 |
| 茎頂メリステムと根端メリステムは、ニッチ細胞群、幹細胞群、分裂が早くて分化運命を持つ細胞を増殖させる細胞群などから成り、それぞれの細胞群は特有のゾーンに存在する。また、形成層も重要なメリステムであるが、その構成はあまり良く知られていない。本研究では、メリステムを構成する細胞間でどのような情報がやりとりされ、細胞種が決められていくのかを明らかにすることが目的である。例えばニッチ細胞は隣接細胞に幹細胞としての性質を与えるが、その実体として想像されるニッチ情報分子などの情報分子の同定にもチャレンジしたい。また、葉の表皮では、細胞が分裂するとともに、お互いに細胞間で情報をやり取りすることにより数種の細胞の配置が決められるが、この過程での細胞間シグナル伝達と細胞分化の決定機構を解明することも目的とする。 |
| 主要論文 |
Inoue, T, Higuchi, M, Hashimoito, Y, Seki, M, Kobayashi, M, Kato, T, Tabata, S, Shinozaki, K., and Kakimoto, T. (2001) Identification of CRE1 as a cytokinin receptor from Arabidopsis. Nature 409, 1060-1063.
Miyawaki, K., Tarkowski, P., Matsumoto-Kitano, M., Kato, T., Sato, S., Tarkowska, D., Tabata, S., Sandberg, G., and Kakimoto, T. (2006) Roles of Arabidopsis ATP/ADP isopentenyltransferases and tRNA isopentenyltransferases in cytokinin biosynthesis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 101, 8821-8826.
Hara, K., Kajita, R., Torii, K.U., Bergmann, D.C., and Kakimoto, T. (2007) The secretory peptide gene EPF1 enforces the stomatal one-cell-spacing rule. Genes Dev. 21, 1720-1725. |
| 研究室URL |
http://www.bio.sci.osaka-u.ac.jp/dbs01/re-paper-temp.php?id=2 |
| 班員名・所属 |
田坂 昌生 [ 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 ] |
| 研究課題名 |
茎頂メリステム形成の統御系 |
| 課題番号 |
19060007 |
| 研究目的 |
| 双子葉植物の茎頂メリステムは胚発生過程で２枚の子葉の間に形成され、これが発芽後主茎とそれに派生する器官を構築する。一方、葉の根元に側芽メリステムができ枝になり、それが変形すると花となる。これらの、地上部メリステム形成のキー遺伝子CUCsを我々は明らかにしてきたが、形成制御の分子ネットワークの全体像はまだ明らかではない。本研究ではこれを明らかにするために次の３つの研究を行う。１）CUCsの直接の下流を含めて下流で機能する遺伝子群を同定して機能を解析する。２）CUCsの発現を制御するオーキシンの極性を持った分布の構築機構とそれを支える細胞内極性輸送の分子メカニズムの実態を明らかにする。３）新奇変異株uni1-Dを用いてサイトカイニンが茎頂メリステム構築で果たす役割を分子レベルで解明する。 |
| 主要論文 |
Hibara K., Takada, S., and Tasaka M. (2003) CUC1 gene activates the expression of SAM-related genes to induce adventitious shoot formation. Plant J. 36, 687-696.
Hibara, K., Karim, RM., Takada, S., Taoka, K., Furutani, M. Aida, M., and Tasaka ,M. (2006) Arabidopsis CUP-SHAPED COTYLEDON3 regulates postembryonic shoot meristem and organ boundary formation. Plant Cell 18, 2946-2957.
Furutani, M., Kajiwara, T., Kato, T., Treml S. B., Stockum, C., Torres-Ruiz, A.R., and Tasaka, M. (2007) The gene MACCHI-BOU I/ENHANCER OF PINOID encodes a NPH3-like protein and reveals similarities between organogenesis and phototropism at the molecular level. Development (in press) |
| 研究室URL |
http://bsw3.naist.jp/keihatsu/keihatsu.html |
| 班員名・所属 |
岡田 清孝 [ 自然科学研究機構基礎生物学研究所 所長 ] |
| 研究課題名 |
葉の発生における領域決定機構 |
| 課題番号 |
19060004 |
| 研究目的 |
| 葉はメリステムの周辺領域の中の空間的に定まった位置に形成されるが、その場所がどのようにして決定されるのか、葉原基にリクルートされた細胞に分裂と分化を促すシグナリングシステムは何か、という基本的な問題に、遺伝学・生化学・細胞生物学に加えて、ゲノム解析とモデル化などの手法を用いてアプローチすることを目的とする。具体的には、(1) 葉および花器官の原基の形成と領域化に異常を示す突然変異体からクローニングした変異遺伝子の機能と発現を解析する。(2) microRNA165/166の作用が表側領域特異的な発現に重要であることがわかったので、このmicroRNAの形成と輸送経路について解析を進める。 |
| 主要論文 |
Matsumoto, N., and Okada, K. (2001) A homeobox gene, PRESSED FLOWER, regulates lateral axis-dependent development of Arabidopsis flowers. Genes Dev. 15, 3355-3364.
Watanabe, K., and Okada, K. (2003) Two discrete cis elements control the abaxial side-specific expression of the FILAMENTOUS FLOWER gene in Arabidopsis. Plant Cell 15, 2592-2603.
Takeda, S., Matsumoto, N., and Okada, K. (2004) RABBIT EARS encoding a SUPERMAN-like zinc finger protein regulates petal and ovule development in Arabidopsis thaliana. Development 131, 425-434. |
| 研究室URL |
http://www.nibb.ac.jp/sections/okada-k.html |
| 班員名・所属 |
塚谷 裕一 [ 東京大学大学院理学系研究科 教授 ] |
| 研究課題名 |
葉の後期器官発生を司る統御系 |
| 課題番号 |
19060002 |
| 研究目的 |
| 葉の初期原基は、茎頂メリステムを遙かにしのぐ活発な細胞増殖をおこなっている。これは、やがて先端部から基部に向けて発せられる、あるいは移動すると想定されている未知の前線、「arrest front」によって抑えられ、やがて停止すると共に、個々の細胞が分化・伸長に向かうと考えられている。これは私たち自身による解析等からも強く支持される魅力的なアイデアであるが、そのarrest frontの正体は、現在もって全く不明のままである。そこで本研究では未開拓のテーマとして、 (1) arrest frontによって、細胞の分裂と伸長がどのような制御を受けるのか。(2) arrest frontという仮想“前線”の実体は何か(3) arrest front作用前の、葉原基における高い細胞分裂活性は何によるのか。(4) arrest frontを境として空間的に切り分けられる細胞分裂領域と細胞伸長領域とは、互いに独立なのかの諸点を解明し、葉という器官の後期発生を、一体としてまとまりのあるものに統合するシステムの理解を実現する。 |
| 主要論文 |
Horiguchi, G., Kim, G.-T., and Tsukaya, H. (2005) The transcription factor AtGRF5 and the transcription coactivator AN3 regulate cell proliferation in leaf primordia of Arabidopsis thaliana. Plant J. 43, 68-78.
Tsukaya H. (2006). Mechanism of leaf shape determination. Ann. Rev. Plant Biol. 57, 477-496.
Ferjani, A., Horiguchi, G., and Tsukaya, H. (2007) Analysis of leaf development in fugu mutants of Arabidopsis thaliana reveals three compensation modes that modulate cell expansion in determinate organs. Plant Physiol. 144, 988-999. |
| 研究室URL |
http://www.nibb.ac.jp/%7Ebioenv2/indexj.html
http://www.biol.s.u-tokyo.ac.jp/users/bionev2/top_j.html |
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公募研究の内容
| 班員名・所属 |
尾之内 均 [ 北海道大学大学院農学研究院 准教授 ] |
| 研究課題名 |
葉の形態形成におけるリボソームによる制御 |
| 課題番号 |
20061001 |
| 研究目的 |
| 我々はこれまでに、リボソームタンパク質遺伝子の一つに変異を導入し
た形質転換シロイヌナズナにおいて、葉の形態形成に異常が生じること を見いだした。観察された表現型には、葉の向背軸形成に関わる遺伝子
の欠損変異株と共通する特徴がみられた。他のリボソームタンパク質遺 伝子の変異株においても同様の表現型が観察されており、リボソーム活
性の変化によって葉の形態形成に関与する遺伝子が特異的に影響を受け る可能性が考えられる。また、葉の向背軸形成に関わる遺伝子は
5’非翻訳領域に上流ORF（uORF）を持つものが多く、この ことからも葉の形態形成に翻訳段階での制御が関与する可能性が考えら
れる。本研究は、葉の形成に関与する遺伝子のリボソームによる制御機 構を明らかにすることを目的として、リボソームタンパク質の変異によ
り特異的に影響を受ける遺伝子を同定し、その制御機構を解析する。ま た、形態形成に関与する遺伝子の発現制御におけるuORFの役割に
ついても解析を行う。 |
| 主要論文 |
Chiba, Y., Sakurai, R., Yoshino,
M., Ominato, K., Ishikawa, M., Onouchi, H. and Naito, S. (2003),
S-adenosyl-L-methionine is an effector in the posttranscriptional
autoregulation of the cystathionine gamma-synthase gene in Arabidopsis.
Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 100, 10225-10230.
Onouchi, H., Nagami, Y., Haraguchi, Y., Nakamoto, M., Nishimura,
Y., Sakurai, R., Nagao, N., Kawasaki, D., Kadokura, Y. and Naito,
S. (2005) , Nascent peptide-mediated translation elongation arrest
coupled with mRNA degradation in the CGS1 gene of Arabidopsis.
Genes Dev., 19, 1799-1810.
Onouchi, H., Haraguchi, Y., Nakamoto, M., Kawasaki, D., Nagami-
Yamashita, Y., Murota, K., Kezuka-Hosomi, A., Chiba, Y. and Naito,
S. (2008), Nascent peptide-mediated translation elongation arrest
of Arabidopsis thaliana CGS1 mRNA occurs autonomously. Plant Cell
Physiol., 49, 549-556. |
| 研究室URL |
http://arabi4.agr.hokudai.ac.jp/arabi.html |
| 班員名・所属 |
佐藤 忍 [ 筑波大学大学院生命環境科学研究科 教授 ] |
| 研究課題名 |
シロイヌナズナ花茎組織癒合での一過的メリステム機能獲得における遺伝子ネットワーク |
| 課題番号 |
20061003 |
| 研究目的 |
植物の茎を部分的に切断すると、切断された組織は、それまでの細胞機能を転換し、一過的にメリステマティックな状態へと移行し、細胞分裂を開始して失われた組織を分化させ、元の組織同士を癒合させることで個体機能の回復を図る。本研究では、シロイヌナズナの花茎を用い、部分的に切断された茎の組織がメリステマティックな性質を獲得し、細胞分裂および細胞分化の過程を通して組織癒合に至る約７日間のプロセスにおいて、時系列にそった遺伝子ネットワークを解析することで、メリステムの形成と機能や細胞分裂と細胞分化の協調的制御機構を解明する。実験系としては、シロイヌナズナの花茎をマイクロナイフを用いて直径の半分まで切断し、切断後１、３、５日目の茎におけるマイクロアレイ法を用いた網羅的遺伝子発現解析と癒合誘導性遺伝子群の遺伝学的・分子生物学的解析を通して、１）切断を受けた花茎の組織が細胞分裂を開始するメカニズム、特にオーキシンやエチレンなどの植物ホルモン及び各種転写制御因子等の働き、２）切断部位から分裂増殖した細胞群の分化と細胞同士が癒合接着するメカニズムを解明する。 |
| 主要論文 |
Iwai, H., Masaoka, N., Ishii, T. and Satoh, S. (2002) A pectin glucuronyltransferase gene is essential for intercellular attachment in the plant meristem. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99, 16319-16324.
Kuroha, T., Ueguchi, C., Sakakibara, H. and Satoh, S. (2006) Cytokinin receptors are required for normal development of auxin-transporting vascular tissues in the hypocotyl but not in adventitious roots. Plant Cell Physiol. 47, 234-243.
Iwai, H., Hokura, A., Oishi, M., Chida, H., Ishii, T., Sakai, S. and Satoh, S. (2006) The gene responsible for borate cross-linking of pectin RG-II is required for plant reproductive tissue development and fertilization. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 103, 16592-16597. |
| 研究室URL |
http://www.biol.tsukuba.ac.jp/~plphys/shinobuhomepage/SSindex.html |
| 班員名・所属 |
澤 進一郎 [ 東京大学大学院理学系研究科生物科学専攻 准教授 ] |
| 研究課題名 |
茎頂分裂組織のサイズ調節に関わるCLEシグナル伝達系の解析 |
| 課題番号 |
20061004 |
| 研究目的 |
器官分化のほぼ全てが胚発生段階で完了する動物と異なり、植物は分裂組織により、死ぬまで新しい器官を作り続ける。このことから、この分裂組織は植物の形態形成において根本を担う重要な組織であり、その性質やサイズは厳密に、また遺伝的に制御されなければならないと考えられる。また、そのためには、分裂組織を中心とした空間認識機構・細胞間情報伝達機構は高度に発達していると考えられる。
本研究では、茎頂分裂組織・根端分裂組織におけるサイズの維持機構を中心に解析することで、植物における細胞間シグナル伝達系の分子機構の解明につなげたいと考えている。その中でも、細胞間シグナルと考えられるペプチドリガンド、受容体、及び下流因子の一部が同定されている唯一の系であるシロイヌナズナのCLVシグナル伝達系を実験系として利用し、CLV3ペプチドの合成・修飾・移動・受容・受容後のシグナルとCLV3ペプチドの機能様式を総合的に解析する。このことにより、本研究は単にCLV3シグナル伝達系の分子機構の解明に繋がるだけでなく、多細胞植物における空間認識・細胞間シグナル伝達機構における分子基盤整備に貢献出来ると考えられる。 |
| 主要論文 |
Kinoshita, A., Nakamura, Y., Sasaki, E., Kyozuka, J., Fukuda, H., and Sawa, S. (2007) Gain-of-function phenotypes of chemically synthetic CLAVATA3/ESR-related (CLE) peptides in Arabidopsis thaliana and Oryza sativa. Plant Cell Physiol 48: 1821-1825.
Sawa, S., Kinoshita, A., Nakanomyo, I., and Fukuda, H. (2006) CLV3/ESR-related (CLE) Peptides as Intercellular Signaling Molecules in Plant. The Chemical Record 6: 303-310
Kondo, T., Sawa, S. (Co-first and corresponding author), Kinoshita, A Mizuno, S. Kakimoto, T., Fukuda, H., Sakagami, Y. (2006) A Plant Peptide Encoded by CLV3 Identified by In Situ MALDI TOF-MS Analysis. Science, 313, 845-848 |
| 研究室URL |
|
| 班員名・所属 |
伊藤 純一 [ 東京大学大学院農学生命科学研究科 助教 ] |
| 研究課題名 |
イネにおける茎頂メリステムの維持に関わる因子の解析 |
| 課題番号 |
20061005 |
| 研究目的 |
| 茎頂メリステムはそれ自身に含まれる幹細胞を維持するとともに、繰り返し新たな器官を分化するという植物において最も普遍的な機能を持つ組織の一つであるが、これまでの研究からその維持機構は植物間である程度多様であることが明らかとなってきた。イネにおいて栄養成長初期に茎頂メリステムが維持されずに枯死してしまう変異体系統を複数同定し原因遺伝子を単離したところ、それらは細胞分裂やクロマチンの制御に関わる因子ならびに低分子RNAの生成に関わる因子をコードしていた。本研究はこれらの遺伝子がどのようにしてイネの茎頂メリステムの維持に関わっているのかを明らかにするとともに、茎頂メリステムの維持に関わっていると考えられるHD-ZIP III 遺伝子の機能解析や、これまで得られている茎頂メリステムが維持できない変異体からの遺伝子単離を進めることによって、イネの茎頂メリステムの維持を司る遺伝システムと植物種間の発生遺伝学的多様性について明らかにしていく。 |
| 主要論文 |
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Itoh, J.-I, Nonomura, K., Ikeda, K., Yamaki, S., Inukai, Y.,
Yamagishi, H., Kitano, H., and Nagato, Y. (2005) Rice plant
development: from Zygote to Spikelet. Plant Cell Physiol.
46, 23-47.
Kawakatsu, T., Itoh, J.-I. Miyoshi,K., Kurata, N., Alvarez,
N., Veit,B. and Nagato, Y. (2006) PLASTOCHRON2 regulates
leaf initiation and maturation in rice. Plant Cell
18, 612-625.
Nagasaki, H., Itoh, J.-I., Hayashi, K., Hibara, K., Satoh-Nagasawa,
N., Nosaka, M., Mukouhata, M., Ashikari, M., Kitano, K., Matsuoka,
M., Nagato, Y. and Sato, Y. (2007) Small interfering RNA production
pathway is required for shoot meristem initiation in rice. Proc.
Natl. Acad. Sci. USA. 104, 14867-14871. |
| 研究室URL |
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| 班員名・所属 |
平野 博之 [ 東京大学大学院理学系研究科 教授 ] |
| 研究課題名 |
イネのメリステムの維持制御と花器官形成に関する分子遺伝学的研究 |
| 課題番号 |
20061006 |
| 研究目的 |
| 本研究は、単子葉類のモデル植物であるイネを研究材料とし，そのメリステム（分裂組織）の維持制御と花分裂組織の側性器官、特に心皮の発生・分化の遺伝的制御機構を明らかにすることを目的としている。( l ) 植物のボディプランは，胚発生時に形成されたシュート頂と根端の分裂組織の活性に依存しており、発生過程でメリステムがいかに維持され、その機能を保持しているかを理解することは，植物の発生にとって、きわめて重要である。本研究では、イネのメリステムの制御に重要な働きをしているFLORAL ORGAN NUMBER 1(FON1) 遺伝子に近縁な３種のLRR型レセプターカイネース遺伝子と、それとはやや遠縁の２種の遺伝子に着目し、その機能の解明を目指す。また長期的な目標をたて、fon1変異を抑圧する遺伝子の単離のための準備的な研究を行う。(ll) 葉や花などの側性器官は、メリステムから形成される。花器官のアイデンティティー決定するABC遺伝子の機能は非常に良く理解されているが、その下流で機能し、花器官の発生・形態形成をになう遺伝子に関する情報は、シロイヌナズナにおいても不足している。本研究では、イネの心皮アイデンティティーを決定するDROOPING LEAF (DL) 遺伝子の制御下にある遺伝子を多数同定し、心皮形成の遺伝的ネットワークの解明を目指す。 |
| 主要論文 |
Yamaguchi, T., Lee, Y. D., Miyao, A., Hirochika, H., An, G. and Hirano, H.-Y.(2006). Functional diversification of the two C-class genes, OSMADS3 and OSMADS58, in Oryza sativa. Plant Cell 18, 15-28.
Suzaki, T., Toriba, T., Fujimoto, M., Tsutsumi, N., Kitano,
H. and Hirano, H.-Y. (2006). Conservation and diversification
of meristem maintenance mechanism in Oryza sativa:
function of the FLORAL ORGAN NUMBER2 gene Plant Cell
Physiol. 47, 1591-1602.
Suzaki, T., Sato, M., Ashikari, M., Miyoshi, M., Nagato, Y. and Hirano, H.-Y. (2004). The gene FLORAL ORGAN NUMBER1 regulates floral meristem size in rice and encodes a leucine-rich repeat receptor kinase orthologous to Arabidopsis CLAVATA1. Development 131, 5649-5657. |
| 研究室URL |
http://www.biol.s.u-tokyo.ac.jp/users/hirano/lab.html
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| 班員名・所属 |
渡邉 雄一郎 [ 東京大学大学院総合文化研究科 教授 ] |
| 研究課題名 |
RNAサイレンシング機構からみたメリステムの解析 |
| 課題番号 |
20061007 |
| 研究目的 |
| 植物ではPri-miRNAからPre-miRNAへの切断、およびPre-miRNAからmiRNA
duplex (miRNA/miRNA*)への切断は、ともにダイサーの一つDCL1によって核内で行われる。DCL1中のdsRNA結合ドメインの一つはdsRNA結合タンパク質HYL1と相互作用し、正確な切断部位の決定に重要な役割を果たしている。最近，SERRATE
(SE)という因子の参画も明らかとなった。DCL/HYL1/SE/Pre-miRNAが相互作用し，切断をおこなう場は、核内のCajal
bodyとよばれる。miRNA生成はメリステムの形成，維持，形態形成にかかわるので重要である。メリステム維持、形成のため重要なこの構造体に含まれる新たな因子を探索する。RNAサイレンシングに関係したシロイヌナズナの突然変異体ストックをそろえている。これらを活かして，形態異常変異体のサプレッサー変異体を遺伝学的にとる、タンパク質レベルで相互作用する因子を解析するなどの方法で、新たな因子を探索する。 |
| 主要論文 |
Kurihara, Y., and Watanabe, Y.
(2004). Arabidopsis micro-RNA biogenesis through Dicer-like 1
protein functions. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 101, 12753-12758.
Kurihara, Y., Yuasa, T., and Watanabe, Y. (2006). The in vivo
interaction between DCL1 and HYL1 leads to efficient and precise
processing of pri-miRNA in plant microRNA biogenesis. RNA 12,
206-212.
Fujioka, Y., Utsumi, M., Ohba, Y. and Watanabe, Y. (2007). Location
of possible miRNA processing site in SmD3/SmB nuclear bodies in
Arabidopsis. Plant Cell Physiol. 48, 1243-1253. |
| 研究室URL |
http://bio.c.u-tokyo.ac.jp/labs/watanabe/index.htm |
| 班員名・所属 |
馳澤 盛一郎 [ 東京大学大学院新領域創成科学研究科 教授 ] |
| 研究課題名 |
メリステムのモデル系としての植物細胞分裂・分化制御機構のイメージング解析 |
| 課題番号 |
20061008 |
| 研究目的 |
| 多細胞生物である高等植物の形態は、個々の細胞を取り巻く堅い細胞壁の存在によ り、これに規定された各細胞の分裂と生長の方向に基づいて決定されている。メリス テムにおける細胞分裂は細胞形態にとって始原的意義をもつが、植物細胞では動物細 胞とは異なる独自の分裂様式が知られている。一方、細胞分化についても植物特有の 細胞内構造に基づく分化様式が示されている。 そこで、本研究ではメリステムにお ける植物細胞形態の制御機構を解明すべく、細胞分裂と分化という基本的現象におけ る細胞内構造とその動態についての、顕微鏡画像に基づいた定量的かつ網羅的なイ メージング解析を行う。特に、細胞形態に関係の深い細胞核・染色体や液胞の動態お よび細胞壁の形成を制御している細胞骨格系との構造的関係を重点的に解析し、高等 植物細胞の形態形成に特有の細胞分裂・分化様式を多角的に明らかにすることを目指す。 |
| 主要論文 |
Higaki, T., Sano, T. and Hasezawa, S. (2007) Actin microfilamentdynamics and actin side-binding proteins in plants. Curr. Opin. Plant Biol.,10: 549-556.
Kumagai-Sano, F., Hayashi, T., Sano, T. and Hasezawa, S. (2006) Cellcycle synchronization of tobacco BY-2 cells. Nature Protocols, 1: 2621-2627.
Sano, T., Higaki, T., Oda Y., Hayashi T. and Hasezawa, S. (2005)Appearance of actin microfilament "twin peaks" in mitosis and their functionin cell plate formation, as visualized in tobacco BY-2 cells expressingGFP-fimbrin. Plant J., 44: 595-605. |
| 研究室URL |
http://hasezawa.ib.k.u-tokyo.ac.jp/zp/hlab
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| 班員名・所属 |
上田 貴志 [東京大学大学院理学系研究科 准教授 ] |
| 研究課題名 |
可視化とオルガネラ機能解析から探る植物の機能発現メカニズム |
| 課題番号 |
20061009 |
| 研究目的 |
| 真核生物には、ゴルジ体、トランスゴルジネットワーク（TGN）、液胞、エンドソームといった単膜系オルガネラが存在し、それぞれが細胞の生存に必須の役割を担っている。しかしながら、植物細胞内のポストゴルジオルガネラ間においてどのような形態的・機能的分化が存在し、それらの機能がいかに統御され、相互作用しているのかについては多くの謎が残されている。本研究においては、特にポストゴルジオルガネラ（TGN、エンドソーム、液胞前区画、液胞）に焦点を絞り、バイオイメージング技術を駆使してそれらの形態構造や相互作用を明らかにするとともに、分子遺伝学的手法を用いてそれらのオルガネラの機能が細胞分裂やメリステムの維持、成長相の転換といった植物機能の発現にいかに関与しているのかを明らかにすることを目指す。そのため、出来うる限り多数のオルガネ可視化ラインを作成し、顕微鏡技術を駆使してオルガネラの形態と動態の解析を進めるとともに、オルガネラ機能の破綻が植物の機能発現に及ぼす影響について、種々の変異体を用いて解析を行う。 |
| 主要論文 |
Goh, T., Uchida, W., Arakawa, S., Ito, E., Dainobu, T., Ebine, K., Takeuchi, M., Sato, K., Ueda, T. and Nakano, A. (2007) VPS9a, the common activator for two distinct types of Rab5 GTPases, is essential for development of Arabidopsis thaliana. Plant Cell, 19: 3504-3515
Ueda, T., Uemura, T., Sato, M.H. and Nakano A. (2004) Functional differentiation of endosomes in Arabidopsis cells. Plant J., 40: 783-789.
Ueda, T., Yamaguchi, M., Uchimiya, H. and Nakano, A. (2001) Ara6, a plant-unique novel type Rab GTPase, functions in the endosytic
pathway of Arabidopsis thaliana. EMBO J., 20: 4730-4741 |
| 研究室URL |
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| 班員名・所属 |
川口 正代司 [ 東京大学大学院理学系研究科 准教授 ] |
| 研究課題名 |
マメのメリステムと維管束の連続性に関わる因子の解析 |
| 課題番号 |
20061010 |
| 研究目的 |
マメ科植物の根粒形成は根とシュートを介した遠距離シグナル伝達によって制御されている。この制御を失ったミヤコグサhar1変異体は根粒を過剰に形成する。HAR1はLRR型レセプター様キナーゼをコードしており、非マメ科植物ではシロイヌナズナのメリステムサイズを制御する
CLV1と最も高い相同性を示す。しかしながらhar1 変異体おいて、メリステムの異常は観察されていない。またHAR1と高い相同性を示すCLV1様遺伝子も見つからない。マメ科植物では
CLV1 に代わる未知の因子がメリステムを制御していると考えられる早咲きのミヤコグサMiyakojima MG-20にイオンビーム照射によって単離されたklavier
変異体は、根粒の過剰着生の他に、花成の遅延、帯化、二叉分岐、花器官数の増加といった表現型を示す。また、葉には多くのvascular
islandが観察され、維管束の連続性にも異常を示す。klvの原因遺伝子を特定したところ、CLV1と系統的に離れたレセプター様キナーゼであった。
そこで本研究では、KLVを切り口にマメのメリステムと維管束の連続性に関わる因子を探索し、それら主要組織の維持システムがマメとシロイヌナズナ、イネでどのように異なっているかを明確にする。
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| 主要論文 |
Nishimura, R., Hayashi, M., Wu,
G.-J., Kouchi, H., Imaizumi-Anraku, H., Murakami, Y., Kawasaki,
S., Akao, S., Ohmori, M., Nagasawa, M., Harada, K. and Kawaguchi,
M. (2002). HAR1 mediates systemic regulation of symbiotic organ
development. Nature 420, 426-429.
Oka-Kira, E., Tateno, K., Miura, K., Haga, T., Hayashi, M., Harada,
K., Sato, S., Tabata, S., Shikazono, N., Tanaka, A., Watanabe,
Y., Fukuhara, I., Nagata, T. and Kawaguchi, M.(2005). klavier
(klv), a novel hypernodulation mutant of Lotus japonicus
affected in leaf vein and floral induction. Plant Journal 44,
505-515.
Oka-Kira, E. and Kawaguchi, M. (2006). Long-distance signaling
to control root nodule number. Current Opinion in Plant Biology
9, 496-502. |
| 研究室URL |
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| 班員名・所属 |
木下 俊則 [ 名古屋大学大学院理学研究科生命理学専攻 准教授 ] |
| 研究課題名 |
青色光受容体フォトトロピンに制御される葉の横伸展の分子機構の解明 |
| 課題番号 |
20061012 |
| 研究目的 |
フォトトロピンは、N末端側に発色団であるフラビンモノヌクレオチドを結合する２つのLOVドメイン、C末端側にセリン/スレオニンキナーゼドメインを有する植物特有の青色光受容体である。これまでの研究により、フォトトロピンは、光屈性、葉緑体光定位運動、気孔開口、葉の横伸展を制御することが明らかとなっている。これら諸反応の生理的役割としては、弱い光環境もとでフォトトロピンが葉を横伸展させることにより葉の光受容面積を増やし、効率よい光吸収のため葉肉細胞において葉緑体の集合反応を引き起こし、気孔を開口させることによって二酸化炭素の取り込みを促進し、結果的に植物体における光合成を増大させ、植物の成長を促進させていることが明らかとなっているが、これら諸反応のシグナル伝達は不明の部分が多い。
本研究では、葉の横伸展が起こらず下向きにカールしたロゼット葉を持つフォトトロピン２重変異体に対して変異処理した植物より、野生株と同様に葉が横伸展する復帰突然変異体のスクリーニングを行い、その原因遺伝子を明らかにすることによって、フォトトロピンに制御される葉の横伸展の分子機構の解明を目指します。
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| 主要論文 |
Kinoshita T, Ca?o-Delgado A,
Seto H, Hiranuma S, Fujioka S, Yoshida S, Chory J. (2005) Binding
of brassinosteroids to the extracellular domain of plant receptor
kinase BRI1. Nature 433, 167-171.
Kinoshita T., Doi M., Suetsugu N., Kagawa T., Wada M. and Shimazaki
K. (2001) phot1 and phot2 mediate blue light regulation of stomatal
opening. Nature 414, 656-660.
Kinoshita T. and Shimazaki K. (1999) Blue light activates the
plasma membrane H+-ATPase by phosphorylation of the C-terminus
in stomatal guard cells. EMBO Journal 18, 5548-5558. |
| 研究室URL |
http://www.bio.nagoya-u.ac.jp/seminar/pgp.html |
| 班員名・所属 |
伊藤 正樹 [ 名古屋大学大学院生命農学研究科 准教授 ] |
| 研究課題名 |
Ｍｙｂ転写因子による植物の発生依存的な細胞増殖制御 |
| 課題番号 |
20061013 |
| 研究目的 |
| 植物の茎頂メリステムの周辺部では、活発な細胞分裂により葉や花器官の原基が形成される。これらの器官が発生していく過程では一般に、発生初期に活発な細胞分裂が起こり、その後が徐々に分裂活性が低下し、最終的には極一部の細胞を除いて完全に細胞分裂が停止する。このような器官の発生ステージに依存した細胞分裂活性の変化は、時間軸・空間軸に依存した何らかの発生シグナルが個々の細胞に作用し、細胞周期制御系の活性を変化させることを通じて実現していると考えられるが、その機構はほとんど明らかにされていない。これまでの研究により、多くのG2/M期特異的遺伝子の上流域に周期依存的転写に必須な共通のシスエレメント（MSAエレメント）が存在すること、またMSAエレメントにはR1R2R3-Mybファミリーの転写因子が結合し遺伝子発現の制御に関わっていることを明らかにしてきた。シロイヌナズナには5個のR1R2R3-Myb遺伝子が存在し、それらはアミノ酸配列の類似性から3つのグループ（A-type、 B-typeおよびC-type）に分類される。これら異なる働きを持つR1R2R3-MybがG2/M期遺伝子の転写制御を通じて、発生ステージに依存した細胞増殖のコントロールに関与している可能性について研究する。 |
| 主要論文 |
Ito, M., Araki, S., Matsunaga, S., Itoh, T., Nishihama, R., Machida, Y., Doonan, J.H. and Watanabe, A. (2001). G2/M-phase-specific transcription during the plant cell cycle is mediated by c-Myb-like transcription factors. Plant Cell, 13, 1891-1905.
Araki, S., Ito, M., Soyano, T., Nishihama, R. and Machida, Y. (2004). Mitotic cyclins stimulate the activity of c-Myb-like factors for tansactivation of G2/M phase-specific genes in tobacco. J. Biol. Chem. 279, 32979-32988.
Haga, N., Kato, K., Murase, M., Araki, S., Kubo, M., Demura, T., Suzuki, K., Müller, I., Voß, U., Jürgens, G., Ito, M. (2007). R1R2R3-Myb proteins positively regulate cytokinesis through activation of KNOLLE transcription in Arabidopsis thaliana. Development 134, 1101-1110.
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| 研究室URL |
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| 班員名・所属 |
犬飼 義明 [ 名古屋大学大学院生命農学研究科 助教 ] |
| 研究課題名 |
根端メリステムの発生と異形根性の制御機構 |
| 課題番号 |
20061014 |
| 研究目的 |
| イネやトウモロコシといったイネ科植物の根系は、その個体発生において順次形成される多くの不定根（冠根）によって特徴づけられる。我々はこれまでに、冠根の発生には側生器官の発生や軸の形成に関わるAS2/LOBタンパク質が重要であることを明らかにした。本研究では、冠根の発生に関わるイネの突然変異変異体を材料に網羅的遺伝子発現解析を行ない、冠根の発生過程で機能する新規制御因子を探索し、今後の冠根形成の分子機構解明に向けた礎を築くことを目的とする。加えて、イネには形態的に異なる2種類の側根が存在する。これらの根端メリステムは明らかに大きさが異なり、また内部組織構造や伸長特性、並びにこれらの側根上にさらに高次の側根を形成する能力にも大きな差異が存在する。本研究では、このようなイネの異形根性に関わる遺伝子の単離も目指す。これによって同一組織からの質的に異なる器官の発生に関わる遺伝子の実態に迫ることが可能となり、器官形成の新たな統御系にとって重要な知見が得られるものと期待される。 |
| 主要論文 |
Inukai, Y., Sakamoto, T., Ueguchi-Tanaka, M., Shibata, Y., Gomi, K.,Umemura, I., Hasegawa, Y., Ashikari, M., Kitano, H. and Matsuoka, M.(2005)Crown rootless1, which is essential for crown root formation in rice, is a target of an AUXIN RESPONSE FACTOR in auxin signaling. Plant Cell 17,1387-1396.
Wang, H., Inukai, Y. and Yamauchi, A. (2006) Root development and nutrient uptake. Crit. Rev. Plant Sci. 25, 279-301.
Suralta, R. R., Inukai, Y. and Yamauchi, A. (2008) Genotypic variations in responses of lateral root development to transient moisture stresses in rice. Plant Prod. Sci. (in press) |
| 研究室URL |
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| 班員名・所属 |
佐藤 豊 [ 名古屋大学大学院生命農学研究科 准教授 ] |
| 研究課題名 |
イネの茎頂分裂組織構築における低分子RNAの役割 |
| 課題番号 |
20061015 |
| 研究目的 |
高等植物の形作りの主要な場である茎頂分裂組織は胚発生の過程で形成され、その機能が維持されることにより植物の持続的な成長を支えている。申請者は茎頂分裂組織を欠失する一連のイネ胚発生致死突然変異体（シュートレス突然変異体）を用いた研究から、イネでは低分子RNA経路の一種であるta-siRNA経路が茎頂分裂組織の形成に関与することを見いだした (PNAS 2007)。しかし、ta-siRNA経路で作られる低分子RNAに関する情報がイネでは全くないためta-siRNA経路によるイネの茎頂分裂組織構築機構の詳細は明らかになっていない。そこで、本研究ではイネの低分子RNAの大量解析によりイネのta-siRNA経路により生産される低分子RNAを明らかにし、この情報を元にイネの茎頂分裂組織構築に関わる低分子RNAを介した転写後レベルでの制御、クロマチンレベルでの発現制御などの可能性を検討する。
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| 主要論文 |
Mele, G., Ori, N., Sato, Y., Hake, S. (2003). The knotted1-like homeobox gene BREVIPEDICELLUS regulates cell differentiation by modulating metabolic pathways. Genes and Dev., 17, 2088-2093.
Itoh, J-I., Sato, Y., Nagato, Y., Matsuoka, M. (2006) Formation, maintenance and function of the shoot apical meristem in rice. Plant Mol. Biol., 60, 827-842.
Nagasaki, H., Itoh, J-I., Hayashi, K., Hibara, K., Satoh-Nagasawa, N., Nosaka, M., Mukouhata, M., Ashikari, M., Kitano, H., Matsuoka, M., Nagato Y., Sato, Y. (2007) The small interfering RNA production pathway is required for shoot meristem initiation in rice. Proc. Natl. Acad. Sci USA, 104, 14867-14871. |
| 研究室URL |
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| 班員名・所属 |
松永 幸大 [ 大阪大学大学院工学研究科 講師 ] |
| 研究課題名 |
染色体動態イメージングによる植物胚発生分化メカニズムの解析 |
| 課題番号 |
20061020 |
| 研究目的 |
| 染色体動態のイメージングにより細胞分裂のタイミングを解析することで、シロイヌナズナの初期胚発生分化過程の基本モデルを構築する。染色体の動態を可視化するヒストンH2Bや微小管を可視化するチューブリンなどのマーカータンパク質と蛍光タンパク質の形質転換体における胚発生過程に注目する。細胞分裂周期の長さやタイミングを決め、細胞の形状と時空間的な位置情報により、細胞分裂のパターンから構築した胚発生モデルを作成する。この胚発生モデルを基盤情報として、細胞分裂キナーゼやエピジェネティック制御因子の阻害剤などを添加して形態形成変化を解析する。胚発生における各細胞の動態イメージングから解析プラットホームとなる植物メリステム分化の基本モデル構築へと繋げていきたい。通常の蛍光タンパク質に加えて、光変換タンパク質や光活性化タンパク質も活用して、細胞特異的なフォトラベルや光阻害も試みる。特に、光誘導タンパク質阻害法により、胚組織中の特定時期の細胞に細胞分裂停止を誘導することに挑戦する予定である。 |
| 主要論文 |
Kurihara D., Matsunaga S., Kawabe
A., Fujimoto S., Noda M., Uchiyama S. and Fukui K. (2006) Aurora
kinase is required for chromosome segregation in tobacco BY-2
cells. Plant J. 48, 572-580.
Ma N., Matsunaga S., Takata H., Ono-Maniwa R., Uchiyama S. and
Fukui K. （2007）Nucleolin functions in nucleolus formation and
chromosome congression. J. Cell Sci. 120, 2091-2105.
Takata H., Matsunaga S., Morimoto A., Ma N., Kurihara D., Ono-Maniwa
R., Nakagawa M., Azuma T., Uchiyama S. and Fukui K. (2007) PHB2
protects sister-chromatid cohesion in mitosis. Curr. Biol. 17,
1356-1361. |
| 研究室URL |
http://www.bio.eng.osaka-u.ac.jp/cl/biocladm/matsunaga.html
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| 班員名・所属 |
梅田 正明 [ 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 ] |
| 研究課題名 |
植物の器官発生を支える細胞周期制御系の解明 |
| 課題番号 |
20061021 |
| 研究目的 |
| 茎頂や根端の分裂組織に存在する幹細胞は一般に遅い速度で細胞分裂を行い、植物の一生を通じて器官形成の場を提供している。一方で、器官原基形成以降の細胞分裂ではその速度が飛躍的に上昇することから、細胞分裂の質的制御が植物の持続的な成長を本質的に支えていると考えられる。我々は、これまでに器官発生においてCDK活性のレベル制御が必要不可欠な要素であることを明らかにしてきた。そこで、本研究ではまずCDK活性を制御する上流のシグナルに焦点を絞って研究を進めていく。この課題には、植物ホルモンと細胞周期制御の解析と、CDKの発現制御機構の解析が含まれる。一方、CDKの活性制御が器官発生において果たす機能的役割についても明らかにするために、サイクリンと相互作用する転写因子やCDKの標的となる転写因子を同定することにより、細胞周期制御と転写制御のクロストークについて解析を進めていく。また、通常の細胞周期がエンドサイクルに移行する分子メカニズムについても解析を行い、ゲノムの倍加が起こる生理的意義について組織レベルの考察を加えていく。以上の解析により、分裂組織から器官形成に至るまでの細胞周期制御系について、その分子的実体を明らかにすることを目指して研究を進めていく。 |
| 主要論文 |
Umeda, M., Umeda-Hara, C., and
Uchimiya, H. (2000) A cyclin-dependent kinase-activating kinase
regulates differentiation of root initial cells in Arabidopsis.
Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97, 13396-13400.
Yamaguchi, M., Kato, H., Yoshida, S., Yamamura, S., Uchimiya,
H., and Umeda, M. (2003) Control of in vitro organogenesis
by cyclin-dependent kinase activities in plants. Proc. Natl. Acad.
Sci. USA 100, 8019-8023.
Kono, A., Umeda-Hara, C., Adachi, S., Nagata, N., Konomi, M.,
Nakagawa, T., Uchimiya, H., and Umeda, M. (2007) The Arabidopsis
D-type cyclin CYCD4 controls cell division in the stomatal lineage
of the hypocotyl epidermis. Plant Cell 19, 1265-1277. |
| 研究室URL |
http://bsw3.naist.jp/umeda/index.html |
| 班員名・所属 |
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 准教授 ] |
| 研究課題名 |
新規な根端メリステム形成遺伝子の探索と機能解析 |
| 課題番号 |
20061022 |
| 研究目的 |
| これまでに植物メリステム形成の「鍵遺伝子」がいくつか単離されているが、これらの遺伝子だけではメリステムにおける複雑な細胞分裂や分化を到底説明出来ない。シロイヌナズナの遺伝子の約90%は機能未知であり、これらの中に重要な遺伝子が残されていることが考えられる。本班員は、根特異的に遺伝子発現を活性化する独自のアクティベーションタギング法を開発し、根端メリステムのパターン形成に異常を示す変異体(urp変異体)を複数単離した。これらの変異体の原因遺伝子の多くは未知の転写因子をコードしていた。これらのうち、URP4の相同遺伝子の１つ(URL2)の機能喪失型変異体では、胚発生における根端メリステム形成に異常が見られた。またURL2の過剰発現体では細胞分裂が異常に亢進していた。本研究課題ではURL2遺伝子の機能解析をおこない、胚発生における根端メリステム形成の分子機構、特にオーキシンの極性分布が細胞分裂パターンへと伝達される過程を明らかにする。また大規模なアクティベーションタギングスクリーニングにより、さらなる未知遺伝子を探索する。 |
| 主要論文 |
Sarkar, A. K., Luijten, M., Miyashima, S., Lenhard, M., Hashimoto, T., Nakajima, K., Scheres, B., Heidstra, R. & Laux, T. (2007) Conserved factors regulate signalling in Arabidopsis thaliana shoot and root stem cell organizers. Nature 446, 811-814.
Nakajima, K., and Benfey, P.N. (2002) Signaling in and out: control of cell division and differentiation in the shoot and root. Plant Cell 14 (supplement), 265-276.
Nakajima, K., Sena, G., Nawy, T., and Benfey, P.N. (2001) Intercellular movement of the putative transcription factor SHR in root patterning. Nature 413, 307-311.
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| 研究室URL |
http://bsw3.aist-nara.ac.jp/hashimoto/hashimoto.html |
| 班員名・所属 |
橋本 隆 [ 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 ] |
| 研究課題名 |
微小管ダイナミズムのイメージング |
| 課題番号 |
20061023 |
| 研究目的 |
| 近年、生細胞で微小管を蛍光標識し、その動態を詳細に観察できるようになってきた。蛍光タンパク質を付加したチューブリンは通常のチューブリンとともに微小管ポリマーへ共重合することから、微小管全体を蛍光標識できる。動植物で保存されているプラス端集積タンパク質End-binding Protein 1（EB1）に蛍光タンパク質を融合することにより、伸長中のプラス端を特異的に標識することが可能である。一方、微小管のマイナス端やγチューブリンを含む重合核を生細胞で蛍光標識することは難しく、現在までのところ報告されていない。植物個体レベルでは、胚軸や葉などの地上部の微小管はGFP-チューブリンなどを用いて効率的に蛍光標識できるが、（理由は不明だが）根の微小管はあまり良く標識されず、根の表皮細胞などを微小管の動態観察に用いることができない。本研究では植物個体や培養細胞などに広範囲に利用できる微小管可視化ツールを開発し、微小管ダイナミックス計測システムを確立する。 |
| 主要論文 |
T. Ishida, Y. Kaneko, M. Iwano, and _T. Hashimoto_ (2007) Helical microtubule arrays in a collection of twisting tubulin mutants of /Arabiodpsis thaliana/. */Proc. Natl. Acad. Sci. USA/* 104: 8544-8549
T. Abe, and _T. Hashimoto_, Altered microtubule dynamics by expression of modified a-tubulin protein causes right-handed helical growth in transgenic /Arabidopsis/ plants. */Plant J./* 43: 191-204 (2005).
K. Naoi, and _T. Hashimoto_, A semi-dominant mutation in an Arabidopsis mitogen-activated protein kinase phosphatase-like gene compromises cortical microtubule organization. */Plant Cell/* 16: 1841-1853 (2004). |
| 研究室URL |
http://bsw3.aist-nara.ac.jp/hashimoto/hashimoto.html
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| 班員名・所属 |
岩崎 行玄 [ 福井県立大学生物資源学部 教授 ] |
| 研究課題名 |
器官発生を統御する3量体Gタンパク質シグナリングの解析 |
| 課題番号 |
20061026 |
| 研究目的 |
| イネとシロイヌナズナは、３量体Gタンパク質αサブユニット遺伝子を１つだけ有する。これは、高等動物が約20種類の３量体Gタンパク質αサブユニット遺伝子を有する点と際立って異なっている。イネにおいて、３量体Ｇタンパク質αサブユニット遺伝子が欠失した変異体(d1)は、葉、茎、種子において、細胞長は野生型と同じで、細胞数が約半分であった。つまり、３量体Ｇタンパク質は、細胞数を正に制御する情報伝達因子として器官の形成に関与する。本申請課題で、このαサブユニット遺伝子の発現する組織を詳細に検討する。幼苗期のイネに、ブラシノステロイド、オーキシン、サイチカイニン、アブシジン酸、エチレン、ジベレリン、メチルジャスモン酸をおのおの投与した場合、野生型に比べて、d1はブラシノステロイドシグナリングの部分的な遮断が観察された。よって、本申請課題では、ブラシノステロイドシグナリングにおける３量体Ｇタンパク質の役割を解明する。加えて、イネ３量体Ｇタンパク質αサブユニットは、細胞膜上でα、β、γサブユニット以外の未知なタンパク質を含む巨大な複合体（400kDa複合体）を形成している可能性が示されているので、この複合体のサブユニット構造を解析し、Gタンパク質シグナリングのプラットホームの基盤研究を進める。 |
| 主要論文 |
Tanabe, S., Ashikari, M., Fujioka, S., Takatsuto, S., Yoshida, S., Yano, M., Yoshimura, A., Kitano, H., Matsuoka, M., Fujisawa, Y., Kato, H., and Iwasaki, Y. A Novel Cytochrome P450 is Implicated in Brassinosteroid Biosynthesis via the Characterization of Rice Dwarf Mutant, dwarf11, with Reduced Seed Length. Plant Cell 17, 778-790 (2005)
Kato, C., Mizutani, T., Tamaki, H., Kumagai, H., Kamiya, T., Hirobe, A., Fujisawa, Y., Kato, H. and Iwasaki, Y. Characterization of heterotrimeric G protein complexes in rice plasma membrane. Plant J. 38,320-331 (2004)
Fujisawa, Y., Kato,T., Ohki, S., Ishikawa, A., Kitano, H., Sasaki, T., Asahi,T. and Iwasaki, Y. Suppression of the heterotrimeric G protein causes abnormal morphology, including dwarfism, in rice. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 96, 7575-7580. (1999)
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| 研究室URL |
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| 班員名・所属 |
長谷部 光泰 [ 自然科学研究機構基礎生物学研究所生物進化研究部門 教授 ] |
| 研究課題名 |
ヒメツリガネゴケを用いた幹細胞制御遺伝子ネットワークの解明 |
| 課題番号 |
20061027 |
| 研究目的 |
| 本研究では、ヒメツリガネゴケを用いて幹細胞形成維持の情報制御ネットワークを解明し、シロイヌナズナと比較することにより、陸上植物におけるメリステム形成維持の共通性と多様性を明らかにすることを目的とする。ヒメツリガネゴケは核ゲノム解析の結果、被子植物とほぼ同じ遺伝子族を持つが、各遺伝子族のサイズが被子植物よりも小さく、より単純な遺伝子系を持つことがわかった。そして、イメージング解析、遺伝子ターゲティングが容易で遺伝子間の制御関係を研究しやすく、幹細胞の遺伝子情報ネットワーク研究に適した材料である。本研究では、幹細胞制御遺伝子ネットワークの解明を目指し、（１）減数分裂によるPpCURLYLEAF遺伝子の発現誘導機構、（２）オーキシンによるclass
1 KNOX MKN4遺伝子の制御機構、（３）効率的クロマチン沈降塩基配列決定法(ChIP-Seq法)を用いたMKN4のダイレクトターゲットの同定、クロマチン修飾の解析（４）CLV3、WOXホモログの機能解析、（５）ChIP-Seq法によるPpPLETHORAのダイレクトターゲットの同定、クロマチン修飾の解析を行うことを目的とする。 |
| 主要論文 |
Rensing, S. A., Lang, D., Zimmer,
A., Terry, A., Salamov, A., Shapiro, H., Nishiyama, T., Perroud,
P.-F., Lindquist, E., Kamisugi, Y., Tanahashi, T., Sakakibara,
K., Fujita, T., Oishi, K., Shin-I, T., Kuroki, Y., Toyoda, A.,
Suzuki, Y, Hashimoto, S., Yamaguchi, K., Sugano, S., Kohara, Y.,
Fujiyama, A., Anterola, A., Aoki, S., Ashton, N., Barbazuk, W.
B., Barker, E., Bennetzen, J., Blankenship, R., Cho, S. H., Dutcher,
S. K., Estelle, M., Fawcett, J. A., Gundlach, H., Hanada, K.,
Hey, A., Hicks, K. A., Hughes, J., Lohr, M., Mayer, K., Melkozernov,
A., Murata, T., Nelson, D., Pils, B., Prigge, M., Reiss, B., Renner,
T., Rombauts, S., Rushton, P., Sanderfoot, A., Schween, G., Shiu,
S.-H., Stueber, K., Theodoulou, F. L., Tu, H., de Peer, Y. V.,
Verrier, P. J., Waters, E., Wood, A., Yang, L., Cove, D., Cuming,
A. C., Hasebe, M., Lucas, S., Mishler, B. D., Reski, R., Grigoriev,
I. V., Quatrano, R. S., Boore, J. L. 2008. The genome of the moss
Physcomitrella patens reveals evolutionary insights into the conquest
of land by plants. Science 319: 64-69.
Murata, T., Sonobe, S., Baskin, T. I., Hyodo, S., Hasezawa, S.,
Nagata, T., Horio, T., and Hasebe, M. 2005. Microtubules are nucleated
on extant microtubules via gamma-tubulin in plant cortical arrays.
Nature Cell Biology. 7: 961-968 (issue cover).
Maizel, A., Bush, M. A., Tanahashi, T., Perkovic, J., Kato, M.,
Hasebe, M., and Weigel, D. 2005. The floral regulator LEAFY evolves
by substitutions in the DNA binding domain. Science 308:
260-263. |
| 研究室URL |
http://www.nibb.ac.jp/evodevo |
| 班員名・所属 |
杉本 慶子 [ 理化学研究所植物科学研究センター ユニットリーダー ] |
| 研究課題名 |
植物メリステムにおいて核内倍加の進行を負に制御する機構の分子遺伝学的解析 |
| 課題番号 |
20061028 |
| 研究目的 |
| 高等植物のメリステム形成、維持にはその構成細胞群のひとつである幹細胞が細胞増殖を続けることが必須であり、このためにはDNAの複製と細胞分裂が交互に起きる細胞分裂周期
(mitotic cell cycle) が正常に繰り返される必要がある。またこうした細胞増殖はメリステムから葉や茎等の器官が形成される際にも重要な役割を果たす。植物細胞の多くはやがて細胞増殖を停止し、細胞分裂を伴わずDNAの複製のみ起こる核内倍加周期
(endoreduplication cycle) に入る。核内倍加を経た細胞では核内のDNA含量が増加し、これに伴って細胞の体積が増大する。このように植物の発生過程において細胞分裂、核内倍加が時間的、空間的に正しく進行することは器官の形成や生長に非常に重要であるが、これら２つの細胞周期が発生段階でどのような制御を受け、またどのように器官形成、生長に貢献するのかについてはほとんど分かっていない。本研究ではシロイナズナのメリステムで細胞分裂周期を促進し、核内倍加周期を抑制する分子機構の解明を目指す。 |
| 主要論文 |
Breuer C, Stacey NJ, West CE, Zhao Y, Chory J, Tsukaya H, Azumi Y, Maxwell A, Roberts K, Sugimoto-Shirasu K (2007). BIN4, a novel component of the plant DNA topoisomerase VI complex, is required for endoreduplication in Arabidopsis. Plant Cell 19:3655-3668.
Dittmer TD, Stacey NJ, Sugimoto-Shirasu K, Richards EJ (2007). LINC (LITTLE NUCLEI) genes affecting nuclear morphology in Arabidopsis thaliana. Plant Cell 19:2793-2803.
Sugimoto-Shirasu K, Roberts GR, Stacey NJ, McCann MC, Maxwell A, Roberts K (2005). RHL1 is an essential component of the plant DNA topoisomerase VI complex and is required for ploidy-dependent cell growth. Proc Natl Acad Sci USA 102 (51): 18736-18741. |
| 研究室URL |
http://labs.psc.riken.jp/cfru/
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| 班員名・所属 |
出村 拓 [ 理化学研究所植物科学研究センター チームリーダー ] |
| 研究課題名 |
維管束メリステムからの細胞運命決定機構 |
| 課題番号 |
20061029 |
| 研究目的 |
| 水や塩類、養分、そして情報の伝達機関として働く維管束系は、木部の道管や繊維細胞、師部の師管や伴細胞、など多種類の細胞から構成される複合組織である。維管束系のすべての細胞はシュート頂と根端のメリステムから連続する幹細胞である維管束前形成層・形成層（すなわち維管束メリステム）に由来するが、維管束メリステム中の隣り合った未分化な細胞がそれぞれ異なる機能を持つ特殊な維管束細胞へと分化していくメカニズムについてはほとんどわかっていない。これまで私たちは維管束木部細胞の分化制御メカニズムを明らかにするために、木部細胞の分化過程における転写ネットワークにアプローチしてきた。その結果、単一のサブファミリーに属する一群のNACドメイン転写因子（VND1〜VND7）が維管束細胞に特異的に発現し、特にVND6とVND7がそれぞれ２種類の異なるタイプの道管（後生木部道管と原生木部道管）の分化を制御するマスター因子として機能することを見出し、これらNACドメイン転写因子ファミリーの働きによって維管束メリステムからの木部細胞の分化運命が決定されることが示唆された。そこで本研究では、道管分化のマスター遺伝子であるVND6およびVND7が関わる転写ネットワークを解明するために、主にVND7遺伝子の発現と機能の制御機構を解析することで、維管束メリステムからの細胞運命決定のメカニズムに迫ることを目的とする。 |
| 主要論文 |
Demura, T., Tashiro, G., Horiguchi,
G., Kishimoto, N., Kubo, M., Matsuoka, N., Minami, A., Nagata-Hiwatashi,
M., Nakamura, K., Okamura, Y., Sassa, N., Suzuki, S., Yazaki,
J., Kikuchi, S., and Fukuda, H. Visualization by comprehensive
microarray analysis of gene expression programs during transdifferentiation
of mesophyll cells into xylem cells. Proc. Natl. Acad. Sci. USA
99, 15794-15799.
Kubo, M., Udagawa, M., Nishikubo, N., Horiguchi, G., Yamaguchi,
M., Ito, J., Mimura, T., Fukuda, H., and Demura, T. (2005) Transcription
switches for protoxylem and metaxylem vessel formation. Genes
Dev. 19, 1855-1860.
Endo, S., Pesquet, E., Tashiro, G., Kuriyama, H., Goffner, D.,
Fukuda, H., and Demura, T. (2008) Transient transformation and
RNA silencing in Zinnia tracheary element differentiating cell
cultures. Plant J 53, 864-875. |
| 研究室URL |
http://labs.psc.riken.jp/mrt/index.html
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