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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】

班員名・所属 町田 泰則 [ 名古屋大学大学院理学研究科 特任教授・名誉教授 ]
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。このような 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。この間の研究により、これらのタンパク質について、以下のようなことがわかった。(1) 葉原基形成の初期から機能している。(2) 葉の向軸側の細胞分裂に対して抑制的に働いている。(3) 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 ボディーと命名)に局在している。(4) ある種の小分子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。(5) クラス 1 ホメオボックス遺伝子やETTIN/ARF3 遺伝子などの転写抑制を介して、葉の形作りに関わっている。(6) 培養系における葉細胞からの器官再生能にも影響を与えている。(7) ある種の細胞周期因子やタンパク質合成装置の不全を相補する能力がある。本研究の具体的な目的は、葉の発生分化と細胞分裂におけるAS1とAS2タンパク質の分子機能を解明し、メリステムにおける葉の形成過程を理解することである。

主要論文

Ikezaki, M., Kojima, M., Sakakibara, H., Kojima, S., Ueno, Y., Machida, C., and Machida, Y.: Genetic networks regulated by ASYMMETRIC LEAVES1 (AS1) and AS2 in leaf development in Arabidopsis: KNOX genes control five morphological events. Plant J. 61, 70-82 (2010)

Takahashi, Y., Soyano, T., Kosetsu, K., Sasabe, M. and Machida, Y.: HINKEL kinesin, ANP MAPKKKs and MKK6/ANQ MAPKK, which phosphorylates and activates MPK4 MAPK, constitute a pathway that is required for cytokinesis in Arabidopsis thaliana. Plant Cell Physiol. 51, 1766-1776 (2010) Cover.

Kosetsu, K., Matsunaga, S., Nakagami, H., Colcombet, J., Sasabe, M., Soyano, T., Takahashi, Y., Hirt, H. and Machida, Y.: The MAP kinase MPK4 is required for cytokinesis in Arabidopsis thaliana. The Plant Cell23, 3778-3790 (2010)

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

 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。これまで側根形成能が欠失または顕著に低下するシロイヌナズナ変異体(slr, arf7 arf19)を用いた解析から、側根形成開始に転写制御因子ARF7, ARF19, SLR/IAA14を介したオーキシンによる遺伝子発現制御と、これらの下流で誘導されるLBD/ASL遺伝子群の機能が重要なことを明らかにした。既に本特定領域研究において、LBD16を含む複数のオーキシン誘導性LBD/ASLタンパク質群が側根形成開始時において原生木部に接する内鞘細胞の非対称分裂を制御することを見出した。しかしながら、LBD/ASLを介した内鞘非対称分裂の制御機構や、側根メリステム形成・維持機構の詳細は不明である。

 本研究課題では、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タンパク質を介した側根形成開始の分子カスケードを解明する。そして、2)側根形成開始および側根メリステム形成・維持に異常を示す新奇変異体(fba1, fwr, rlf )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発生の分子機構を明らかにする。

主要論文

Ikeyama, Y., Tasaka, M. and Fukaki, H. (2010) RLF, a cytochrome b5 heme/steroid binding protein, controls lateral root formation independently of ARF7/19-mediated auxin signaling in Arabidopsis thaliana. Plant J. 62, 862-875.

Fukaki, H. and Tasaka M. (2009) Hormone interactions during lateral root formation. Plant Mol. Biol. 69: 437-449.

Uehara, T., Okushima, Y., Mimura, T., Tasaka, M. and Fukaki, H. (2008) Domain II mutations in CRANE/IAA18 suppress lateral root formation and affect shoot development in Arabidopsis thaliana. Plant Cell Physiol. 49:1025-1038[Cover].

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。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、自律的細胞増殖統御系の解明を目指す。重点的解析対象には、メリステム形成と脱分化の両方が温度感受性を示すsrd2rid1、制限温度下で帯化根を形成するrrd1rrd2rid4、メリステム新形成のみが強い温度感受性を示すrid3rpd2などを取り上げる。責任遺伝子については、SRD2がsnRNA転写活性化因子、RID1がDEAHボックスRNAヘリカーゼ、RRD1がポリA特異的リボヌクレアーゼ(PARN)様タンパク質、RID4がペンタトリコペプチドリピート(PPR)タンパク質、RID3が新規WD-40リピートタンパク質をそれぞれコードしていることが判明している。これらの遺伝子、また未同定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。さらに細胞増殖統御がどのようにメリステムの先端成長パターンを生み出すかについて、成長との連関を含む、より大きなシステムとしての理解を目指す。

主要論文

Hiroaki Tamaki, Mineko Konishi, Yasufumi Daimon, Mitsuhiro Aida, Masao Tasaka, Munetaka Sugiyama (2009) Identification of novel meristem factors involved in shoot regeneration through the analysis of temperature-sensitive mutants of Arabidopsis. Plant J. 57: 1027-1039.

Misato Ohtani, Taku Demura, Munetaka Sugiyama (2010) Particular significance of SRD2-dependent snRNA accumulation in polarized pattern generation during lateral root development of Arabidopsis. Plant Cell Physiol. 51: 2002-2012.

Iwai Ohbayashi, Mineko Konishi, Kazuo Ebine, Munetaka Sugiyama (2011) Genetic identification of Arabidopsis RID2 as an essential factor involved in pre-rRNA processing. Plant J. in press.

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

 メリステムを構成する細胞間ではどのような情報がやりとりされ、その情報に従って細胞内でどのような情報伝達引き起こされ、どのような転写因子により細胞タイプが決められていくのかを明らかにする。また、茎頂分裂組織と根端分裂組織の違いを生み出す仕組みにも迫りたい。茎頂分裂組織や根端分裂組織の機能を探索するため、組織培養系も利用し、茎頂分裂組織や根端分裂組織で働く新規遺伝子を探索する。細胞間の相互作用を担う因子としては、植物ホルモンやペプチド性シグナル分子などがある。これまでに、気孔の配置を制御する分泌ペプチドEPF1、表皮の密度を調節する分泌ペプチドEPF2を見いだしている。これら以外にも新規ペプチド因子の候補を見いだしており、機能の解明を行う。メリステムを構成する細胞のアイデンティティーを決める新奇の転写因子遺伝子の機能解析を行い、遺伝子間の相互作用を調べる事により、メリステム組織化の理解をする。

主要論文

Matsumoto-Kitano, M., Kusumoto, T., Tarkowski, P., Kinoshita-Tsujimura, K., Vaclavikova, K., Miyawaki, K., and Kakimoto, T. (2008) Cytokinins are central regulators of cambial activity. Proc Natl Acad Sci USA. 105:20027-20031.

Hara, K., Yokoo, T., Kajita, R., Onishi, T., Yahata, S., Peterson, K., Torii, KU, and Kakimoto, T. (2009) Epidermal cell density is auto-regulated via a secretory peptide, EPIDERMAL PATTERNING FACTOR 2 in Arabidopsis leaves. Plant & Cell Physiology, 50, 1019-1031

Furuta K, Kubo M, Sano K, Demura T, Fukuda H, Liu YG, Shibata D, Kakimoto T. (2011) The CKH2/PKL Chromatin Remodeling Factor Negatively Regulates Cytokinin Responses in Arabidopsis Calli. Plant & Cell Physiol. 52, 618-28.

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(葉)を構築する。一方、葉の根元に側芽メリステムができて枝になり、それが変形すると花となる。これら地上部メリステム形成過程並びに地上部メリステムから葉が形成される過程を調節する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2つの研究を行う。1)茎頂メリステムの構築やそこでの葉原基の形成の空間的・時間的制御に大きく関わ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。そのために、オーキシンの偏差分布に関連するオーキシン細胞外排出タンパク質PINや、その調節に関与するキナーゼPIDの解析を行って来た。本研究ではpid のエンハンサータンパク質MAB2とMAB4を単離して解析している。さらに、これに相同性の高いMEL1〜4の解析も行っている。2)CC-NB-LRRタンパク質の一つをコードするUNI遺伝子のLRRコード領域に変異が生じた半優性変異株uni1-D恒常的にサルチル酸を介した抵抗性関連のPR遺伝子の活性化、形成された茎頂メリステムの不活性化、葉の根元の異所的な多数の脇芽の形成という多面的な表現型を示す。本研究では、この変異株の解析を通して、茎頂メリステムの形成と活性化に関わる新奇の信号伝達系の解明を行っている。

主要論文

Furutani M., Sakamoto N., Yoshida S., Kajiwara T., Robert H.S., Friml 
J. and Tasaka M. Polar localized NPH3-like proteins regulate polarity and endocytosis of PIN-FORMED, auxin efflux carriers. Development 2011 138 2069-2078

Ito J, Sono T, Tasaka M, Furutani M. MACCHI-BOU 2 is required for early embryo patterning and cotyledon organogenesis in Arabidopsis. Plant Cell Physiol. 2011 52 539-552

Uchida N., Igari K.,Bogenschutz N., Torii K. and Tasaka M. Arabidopsis ERECTA-family Receptor Kinases Mediate Morphological Alternations Stimulated by Activation of NB-LRR-type UNI proteins Plant Cell Physiol 2011 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

Sumie Ishiguro, Yuka Nishimori, Miho Yamada, Hiroko Saito, Toshiya, Suzuki, Tsuyoshi Nakagawa, Hiroshi Miyake, Kiyotaka Okada and Kenzo Nakamura:The Arabidopsis FLAKY POLLEN1 Gene Encodes a 3-Hydroxy-3-Methylglutaryl-Coenzyme A Synthase Required for Development of Tapetum-Specific Organelles and Fertility of Pollen Grains. Plant & Cell Physiology 51, 896-911 (2010).

Ryuji Tsugeki, Franck Anicer Ditengou, Klaus Palme, Kiyotaka Okada: NO VEIN facilitates auxin-mediated development in Arabidopsis. Plant Signaling & Behavior 5, 1249-1251 (2010).

Kiyotaka Okada: Start of Arabidopsis research in Japan: personal memoir of the seedling stage 1985-2000. J. Plant Res. 123, 267-273 (2010).

研究室URL http://www.nibb.ac.jp/sections/developmental_biology/okada-k/
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

Yamaguchi T, Yano S, Tsukaya H. (2010) Genetic framework for flattened leaf blade formation in unifacial leaves of Juncus  prismatocarpus. Plant Cell 22: 2141–2155.

Kawade K, Horiguchi G and Tsukaya H. (2010) Non-cell-autonomously coordinated organ-size regulation in leaf development. Development 137: 4221-4227.

Usami T, Horiguchi G, Yano S and Tsukaya H (2009) The more and   smaller cells mutants of Arabidopsis thaliana identify novel roles for SQUAMOSA PROMOTER BINDING PROTEIN-LIKE genes in the control of heteroblasty. Development 136: 955-964.

研究室URL http://www.nibb.ac.jp/%7Ebioenv2/indexj.html
http://www.biol.s.u-tokyo.ac.jp/users/bionev2/jp/index-jp.html
 

公募研究の内容

【研究項目A01:メリステムと器官発生の統御系】

班員名・所属 ABIDUR RAHMAN [ 岩手大学農学部 准教授 ]
研究課題名 Understanding the molecular cross-talk between actin and hormones during meristem development
(メリステム発生・生長におけるアクチンと植物ホルモン応答との相互作用とその理解)
課題番号 23012003
研究目的

This proposal is focused on understanding the molecular crosstalk between cell cytoskeletal component actin and hormones during meristem development. Meristem, which sustains a reservoir of niche cells at its apex, is the most functionally dynamic part of the plant and requires a constant cell division and cell elongation of the source stem cells. This process is regulated by interaction of multiple signaling networks (Barton 2010). Both the hormones and cell cytoskletal components have been attributed to regulate the cell division and cell elongation processes in the meristem cells (Rahman et al., 2007). However, it is not yet clear how these factors are interacting with each other during meristem development. The preliminary data obtained in my lab suggests that ACT7 actin isovariant predominantly works in regulating primary root apical meristem, while ACT 8, the other isovariant functions in lateral root meristem development. These two developmental processes have also been shown to be regulated by plant hormone auxin, ethylene and cytokinin.  Using a combinatorial approach of physiology, genetics and cell biology the following hypotheses will be tested: a) actin regulates the meristem development through modulating the auxin response and b) local auxin gradient regulates the response of ethylene and cytokinin during meristem development.

主要論文

Rahman A*, Takahashi M, Shibasaki K, Wu S, Inaba T, Tsurumi S, Baskin TI (2010) Gravitropism of Arabidopsis thaliana roots requires polarization of PIN2 toward the root tip in meristematic cortical cells.Plant Cell. 22:1762-1776* Corresponding Author

Shibasaki K, Uemura M, Tsurumi S, Rahman A* (2009) Auxin response under cold stress in Arabidopsis: underlying molecular mechanisms. Plant Cell. 21:3823-3838 *Corresponding Author

Okamoto T, Tsurumi S, Shibasaki K, Obana Y, Takaji H, Oono Y, Rahman A* (2008) Genetic Dissection of Hormonal Responses in the Roots of Arabidopsis Grown under Continuous Mechanical Impedance. Plant Physiol. 146:1651-1662 *Corresponding Author

研究室URL http://news7a1.atm.iwate-u.ac.jp/~abidur/
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 准教授 ]
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 23012006
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。また、茎頂メリステムから生み出される側生器官も、植物種間でその発生過程は大きく異なっている。これまで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同定してきたが、その中には、低分子RNAやクロマチン制御に関わる因子などこれまで報告のなかった新しい因子が含まれていた。本研究では更に新たな茎頂メリステムの維持に関わる遺伝因子を探索すると共に、茎頂メリステムの主要な産物である葉原基の形成に影響を及ぼす変異体も用いて、イネの茎頂メリステムの維持、そしてその活性産物である葉原基の形成を司る遺伝システムと、植物種間の多様性について理解することを目的として研究を行う。

主要論文

Abe, M., Yoshikawa, T., Nosaka, M., Sakakibara, H., Sato, Y., Nagato, Y. and Itoh, J.-I. (2010) WAVY LEAF 1, an ortholog of Arabidopsis HEN1, regulates shoot development by maintaining microRNA and trans-acting siRNA accumulation in rice. Plant Physiol. 154,1335-1346.

Hibara, K., Obara, M., Hayashida, E., Abe, M., Ishimaru, T., Satoh, H., Itoh, J.-I., Nagato, Y. (2009) The ADAXIALIZED LEAF1 gene functions in leaf and embryonic pattern formation in rice. Dev. Biol. 334, 345-354.

Kawakatsu, T., Taramino, G., Itoh, J.-I., Allen. J., Sato, Y., Hong S.-K., Nagasawa, N., Kojima, M., Kusaba, M., Sakakibara, H., Sakai, H. and Nagato, Y. (2009) PLASTOCHRON3/GOLOATH encodes a glutamate carboxypeptidase required for proper development in rice. Plant J. 58, 1028-1040.

研究室URL http://papilio.ab.a.u-tokyo.ac.jp/pbg/
班員名・所属 有村 慎一 [ 東京大学大学院農学生命研究科 准教授 ]
研究課題名 植物メリステムにおけるミトコンドリアとそのゲノムの維持機構
課題番号 23012007
研究目的

 植物体を構成するすべての細胞はミトコンドリアを保持している。メリステム細胞内に保持されているミトコンドリアは、細胞が分裂する際に“ミトコンドリア自身の分裂”と“娘細胞への分配”という二つの過程で全身の細胞へと供給されている。このうち、“ミトコンドリア分裂”の分子機構の研究は近年急速に進んだが、細胞分裂における娘細胞への“ミトコンドリア分配”の分子機構については重要な基礎過程であるにも関わらず未だほとんど明らかではない。この分子機構を明らかにするために、ミトコンドリア細胞内偏在変異体やミトコンドリア凝集変異体等の突然変異体を材料にして、分子生物学とライブイメージング手法を用いて、その原因遺伝子の同定と遺伝子産物の分子機構の解明を行う。細胞分裂時のミトコンドリアや他のオルガネラの分配の分子機構は動物や菌類でも未だそれほど明らかではなく、本研究が目指すミトコンドリア分配にかかわる遺伝子の同定や分子メカニズムの解析による知見は、植物以外の多くの生物種やさまざまなオルガネラの分配機構の解明へ波及効果が期待される。またミトコンドリアは茎頂メリステムではミトコンドリアが融合し特徴的網状形態を持ち、そのゲノムが超多倍数化していること等が観察されている。このような植物メリステムでの特徴的なミトコンドリアが、宿主細胞の分裂過程でどのように娘細胞へと(また全身の分化した体細胞へと)確実に“分配”されていくのか、ライブイメージングを駆使してその現象の詳細と分子機構の一端を解明したい。

主要論文

Arabidopsis dynamin-related proteins DRP3A and DRP3B are functionally redundant in mitochondrial fission, but have distinct roles in peroxisomal fission. Fujimoto M, Arimura S, Mano S, Kondo M, Saito C, Ueda T, Nakazono M, Nakano A, Nishimura M, Tsutsumi N. Plant J. 2009 May;58(3):388-400.

Arabidopsis ELONGATED MITOCHONDRIA1 is required for localization of DYNAMIN-RELATED PROTEIN3A to mitochondrial fission sites. Arimura S, Fujimoto M, Doniwa Y, Kadoya N, Nakazono M, Sakamoto W, Tsutsumi N. Plant Cell. 2008 Jun;20(6):1555-66. Epub 2008 Jun 17.

Frequent fusion and fission of plant mitochondria with unequal nucleoid distribution. Arimura S, Yamamoto J, Aida GP, Nakazono M, Tsutsumi N. Proc Natl Acad Sci U S A. 2004 May 18;101(20):7805-8.

研究室URL http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/pmg/
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 23012008
研究目的

 これまで植物に特有な小分子RNAでオーキシン応答などに関係が示されているtasiRNAの生成に注目した解析を行ってきた。tasiRNAを生成する過程に関与する因子が形成する特異的なSGS3/RDR6ボディーを発見した。今後、自然状態でのSGS3/RDR6ボディーの存在や形状、機能について注目し、時期特異性、あるいは組織特異性について解析をし、メリステム形成、維持との関連を明らかとする。さらにすでに確認しているProcessing body (P-body)との関係、相互作用についての未知の部分を明らかにしていく。

 miRNAやtasiRNAが作用する際にAGO1タンパク質が必要である。AGO1タンパク質と相互作用する因子の検索も行い、遺伝子発現制御の詳細を明らかとしていきながら、メリステムの維持、分化との関係を明らかとしていく。miRNAが生成する際に必要な因子DCL1, HYL1, SEが構成する核内の構造と、クロマチン構造を維持する複合体との関連も解析する。

主要論文

Tagami, Y. and Watanabe, Y. (2010) Cloning new small RNA sequences. pp.123-138. In Plant Epigenetics book / Methods in Molecular Biology series (Kovalchuk, I. and Zemp, F.J. eds.) Human Press.

Kurihara, Y. and Watanabe, Y. (2009). Processing of miRNA precursors. pp. 231-242.  In Plant microRNA protocol book / Methods in Molecular Biology series (Green, P. and Blake eds.) Human Press.

Kumakura, N., Takeda, A., Fujioka, Y., Motose, H., Takano, R. and Watanabe, Y. (2009). SGS3 and RDR6 interact and colocalize in cytoplasmic SGS3/RDR6-bodies. FEBS Lett. 583, 1261-1266.

研究室URL http://bio.c.u-tokyo.ac.jp/labs/watanabe/index.htm
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 メリステム機能による側生器官分化の制御機構
課題番号 23012011
研究目的

 植物の発生は、胚発生時に形成されたメリステム(分裂組織)の機能に依存して、発芽後の発生・分化が進行する。本研究は、被子植物のモデル生物の一つであるイネ (Oryza sativa) を研究対象として、メリステムの機能とその機能によって形成される側生器官の発生・分化の制御機構を統一的に理解することを目的としている。
イネでは、生殖成長に転換後、メリステムは、花序メリステム、枝梗メリステム (branch meristem)、小穂メリステム、小花メリステムへと順次転換し、各メリステムから独自の側生器官が形成される。このような、生殖成長期のメリステムの転換は、シロイヌナズナでは起こらず、イネ科の植物に特有な現象であり、その理解もまだ進んでいない。本研究では,メリステムの転換に異常があると考えられる aberrant spikelet1 (asp1) 変異体などに着目し、制御に関わる遺伝子を単離し、その機能を解明する。また、メリステムの維持制御の負の制御因子であるFCP1の作用機作についても研究を進める。

 側生器官の発生に関しては、外穎と内頴が融合した円錐状の帽子のような器官(「融合穎」)を形成するtongari boushi1 (tob1) 変異体に着目し、このユニークな変異の原因となる遺伝子を単離し、その機能を解明する。また、SHOOTLESS2 (SHL2) 遺伝子に弱い変異をもつ ro1変異体を用いて、花器官の向背軸極性の制御機構の解明を行う。

主要論文

Toriba, T., Suzaki, T., Yamaguchi, T., Ohmori, Y., Tsukaya, H., and Hirano, H.-Y. (2010). Distinct regulation of adaxial-abaxial polarity in anther patterning in rice. Plant Cell 22:1452-1462.

Yoshida, A., Suzaki, T., Tanaka, W., and Hirano, H.-Y. (2009). The homeotic gene LONG STERILE LEMMA (G1) specifies sterile lemma identity in the rice spikelet. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 106, 20103-20108.

Suzaki, T., Ohneda, M., Toriba, T., Yoshida, A., and Hirano, H.-Y. (2009). FON2 SPARE1 redundantly regulates floral meristem maintenance with FLORAL ORGAN NUMBER2 in rice. PLoS Genet. 5, 1-9.

研究室URL http://www.biol.s.u-tokyo.ac.jp/users/hirano/jp/index-jp.html
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 イネ茎頂分裂組織構築のエピジェネティック制御
課題番号 23012014
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shootless突然変異体(shl)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。そこで、茎頂分裂組織の形成を制御する低分子RNAシグナルの「生成・伝播・受容・分化を誘導/維持する遺伝子発現」といった一連のシステムを明らかにすることが本研究の目的である。本特定領域研究におけるこれまでの申請者らの研究によりSHL遺伝子がta-siRNA以外にも非遺伝子領域に由来するsiRNAの合成をゲノムワイドに制御することが明らかになった。このことはshl変異体ではsiRNAが関わるエピジェネティカルな遺伝子発現変化が生じている事を示唆している。本研究ではta-siRNA合成経路のコンポーネントによるゲノムワイドなsiRNA合成機構を明らかにすると共に、これらの低分子RNAを介した茎頂分裂組織構築に関わる転写因子のエピジェネティカルな遺伝子発現制御機構を明らかにする。

主要論文

Hiroshi Nagasaki, Jun-ichi Itoh, Katsunobu Hayashi, Ken-ichiro Hibara, Namiko Satoh-Nagasawa, Misuzu Nosaka, Motohiro Mukouhata, Motoyuki Ashikari, Hidemi Kitano, Makoto Matsuoka, Yasuo Nagato *Yutaka Sato: The small interfering RNA production pathway is required for shoot meristem initiation in rice., Proc. Natl. Acad. Sci USA 2007, 104: 14867-14871.

Séverine Lacombe, Hiroshi Nagasaki, Carole Santi, David Duval, Benoît Piégu, Martine Bangratz, Jean-Christophe Breitler, Emmanuel Guiderdoni, Christphe Brugidou, Judith Hirsch, Xiaofeng Cao, Claire Brice, Olivier Panaud, Wojeiech Karlowski, *Yutaka Sato, Manuel Echeverria: Identification of precursor transcripts for 6 novel miRNAs expands the diversity of the genomic organization and expression of miRNA genes in rice. BMC Plant Biol., 2008, 8 123.

Masashi Abe, Takanori Yoshikawa, Misuzu Nosaka, Hitoshi Sakakibara, Yutaka Sato, Yasuo Nagato, Jun-ichi Itoh: WAVY LEAF 1, an Ortholog of Arabidopsis HEN1, Regulates Shoot Development by Maintaining microRNA and trans-acting siRNA Accumulation in Rice., Plant Physiol., 2010, 154, 1335-1346.

研究室URL http://www.agr.nagoya-u.ac.jp/~ikusyu/satogroup/
班員名・所属 石黒 澄衛 [ 名古屋大学大学院生命農学研究科 准教授 ]
研究課題名 開花に至る花器官の成熟と器官間コミュニケーションの分子機構
課題番号 23012015
研究目的

 開花は植物の一生で最もドラマティックな瞬間の一つである。花弁などの花器官はある程度の大きさになるまで細胞分裂によって成長し、つぼみを形成する。やがてつぼみの花器官は外的、内的なシグナルを受けて急速に大きくなる。これが開花で、器官の拡大は主に細胞伸長によって行われる。では、この外的、内的なシグナルを統合し、一つの花の中の花器官を同調的に伸長成長させるしくみはどのようになっているのだろうか? 私たちは、植物ホルモンの一つであるジャスモン酸を欠損したり、ジャスモン酸に対する感受性を失ったりしたシロイヌナズナの突然変異体では、つぼみ形成は正常に起きるが開花が起きなくなったり著しく遅れたりすることを見いだした。このことから、少なくともアブラナ科植物ではジャスモン酸が開花を誘導する「『開花』ホルモン」として働いているのではないかと考えている。本研究では、開花を誘導するジャスモン酸の生合成はどのようなしくみで開始されるのか、ジャスモン酸がどのような遺伝子発現の変化を介して開花現象を開始させるのか、さらに、雄しべの花糸で作られたジャスモン酸がどのようなしくみで花弁に伝わり、花器官の同調的な伸長成長を実現するのかを明らかにすることを目的とする。ジャスモン酸の『開花』ホルモンとしての作用が高等植物の中でどの程度一般的な作用であるのかについても明らかにしていきたい。

主要論文

Tabata, R., Ikezaki, M., Fujibe, T., Aida, M., Tian, C. E., Ueno, Y., Yamamoto, K. T., Machida, Y., Nakamura, K., Ishiguro, S.: Arabidopsis AUXIN RESPONSE FACTOR6 and 8 Regulate Jasmonic Acid Biosynthesis and Floral Organ Development via Repression of Class 1 KNOX Genes. Plant Cell Physiol. 51, 164-175 (2010).

Ishiguro, S., Nishimori, Y., Yamada, M., Saito, H., Suzuki, T., Nakagawa, T., Miyake, H., Okada, K., Nakamura, K.: The Arabidopsis FLAKY POLLEN1 gene encodes a 3-hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme A synthase required for development of tapetum-specific organelles and fertility of pollen grains. Plant Cell Physiol., 51, 896-911 (2010).

Nakagawa, T., Suzuki, T., Murata, S., Nakamura, S., Hino, T., Maeo, K., Tabata, R., Kawai, T., Tanaka, K., Niwa, Y., Watanabe, Y., Nakamura, K., Kimura, T., Ishiguro, S.: Improved Gateway binary vectors: High-performance vectors for creation of fusion constructs in transgenic analysis of plants. Biosci. Biotechnol, Biochem., 71, 2095-2100 (2007).

研究室URL http://tabacum.agr.nagoya-u.ac.jp/
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 イネの種子根および冠根メリステムの形成・維持機構
課題番号 23012016
研究目的

 イネの根系は、成長に伴い地上部茎葉節から順次発生する不定根(冠根)によって特徴づけられる。これまでに我々は、冠根形成を促すCRL5遺伝子はオーキシン信号伝達を制御するARFの標的遺伝子であることを見出した。オーキシンにより誘導を受けたCRL5は、サイトカイニン信号伝達を負に制御するType-A RROsRR1)の発現を誘導することにより、冠根の発生を促す機能を有していた。一方、シロイヌナズナの胚発生過程でもType-A RRの発現が誘導され、サイトカイニン信号伝達を負に制御することにより幼根が形成されることが報告されている。しかし、この場合はARFが直接的にType-A RRの発現を誘導するため、幼根形成の場合はCRL5様の遺伝子の介在は必要ないと推定される。加えてcrl5変異体では冠根形成は阻害されるが、種子根(幼根)の分化は正常であるため、種子根と冠根ではその発生のメカニズムが大いに異なると想定される。そこで本申請課題では、イネの冠根形成機構を解析するとともに、種子根形成に関わる制御因子についても同定する。加えて、これら根端メリステムの維持に関わる制御因子についても解析し、イネの種子根および冠根メリステム形成・維持機構の相同性ならびに相違性について明らかにする。

主要論文

Y. Kitomi, H. Ito, T. Hobo, K. Aya, H. Kitano and Y. Inukai 2011. The auxin responsive AP2/ERF transcription factor CROWN ROOTLESS5 is involved in crown root initiation in rice through the induction of OsRR1, a type-A response regulator of cytokinin signaling. Plant J. (in press).

M. Kano, Y. Inuka, H. Kitano and A. Yamauchi 2011. Root plasticity as the key root trait for adaptation to various intensities of drought stress in rice. Plant Soil 342: 117-128.

R. R. Suralta, Y. Inukai and A. Yamauchi 2010. Dry matter production in relation to root plastic development, oxygen transport, and water uptake of rice under transient soil moisture stresses. Plant Soil 332: 87-104.

研究室URL http://www.agr.nagoya-u.ac.jp/~brf/
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 植物の発生過程における細胞周期G2/M期制御
課題番号 23012017
研究目的

 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が、器官の発生とともに細胞分裂活性は低下し、最終的にはほぼ全ての細胞が分裂を停止する。このような発生の時間軸に依存した細胞増殖の制御は、何らかの発生シグナルが個々の細胞に作用して、細胞周期が制御されることによりなされていると考えられるが、その機構には不明な点が多い。分裂組織において活発に増殖していた細胞が、細胞分裂を停止し分化していく過程では、endoreplicationと呼ばれるM期をスキップした特殊な細胞周期により、核DNA量の倍加が起きる。通常の分裂を伴う細胞周期から、このendoreplicationへの移行には、細胞周期をG2期からM期に向かわせる活性の低下が関わっていると考えられている。このため、シロイヌナズナのようにendoreplicationを行う植物の発生過程では、とりわけG2/M期制御が重要であると考えられる。これまでの独自の研究から、G2/M期制御因子の細胞周期依存的な転写とプロテオリシスに関わる重要な因子をすでに同定している。これらの因子を手掛かりに、発生過程おけるG2/M期制御を転写(合成)とプロテオリシス(分解)の両側面から解析し、その分子メカニズムと形態形成における重要性を明らかにする。

主要論文

Kato, K., Galis, I., Suzuki, S., Araki, S., Demura, T., Criqui, M.-C., Potuschak, T., Genschik, P., Fukuda, H., Matsuoka, K., and Ito, M. 2009. Preferential up-regulation of G2/M phase-specific genes by overexpression of the hyperactive form of NtmybA2 lacking its negative regulation domain in tobacco BY2 cells. Plant Physiol. 149: 1945-1957.

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.

Araki, S., Ito, M., Soyano, T., Nishihama, R. and Machida, Y. 2004. Mitotic cyclins stimulate the activity of c-Myb-like factors for transactivation of G2/M phase-specific genes in tobacco.
J. Biol. Chem. 279: 32979-32988.

研究室URL http://www.agr.nagoya-u.ac.jp/~bunka/
班員名・所属 山篠 貴史 [ 名古屋大学大学院生命農学研究科 助教 ]
研究課題名 茎頂及び根端メリステムの形成・維持・分化における二成分情報伝達系の役割
課題番号 23012018
研究目的

 植物は、発生初期に「形成」したメリステムを「維持」しながら器官「分化」を繰り返すことで成長する。植物の体制構築は光や温度などの環境条件によって調節される。本研究では、メリステムの活性調節に関して新たな知見を得るために光条件を変化させることによってメリステム活性が如何に変化するかを解析する。茎頂メリステム(SAM)は少数の幹細胞群で構成される領域(CZ)と、その側面に隣接して側成器官へと分化する運命にある細胞群の領域(PZ)、幹細胞の直下に隣接して茎へと分化する運命にある細胞群の領域(RM)で構成されているが、CZに位置する細胞群に幹細胞としての性質を付与しそれを維持するためにはRMで発現しているホメオドメイン転写因子WUSの機能が必要である。WUSの発現はCZで発現している分泌型のCLV3ペプチドを介した情報伝達によって抑制されることが知られているが、近年サイトカイニン情報伝達がWUS発現の活性化に関わっていることが報告された。私達は、これまでにリン酸リレー系がサイトカイニンを介した初発の情報伝達に必須であることを明らかにしてきた。最近の解析において、光条件の変化がサイトカイニン情報伝達に影響を与える働きをもつと考えられる候補遺伝子を見いだしている。候補遺伝子の発現制御を解析すること、光条件の変化によるリン酸リレー系のSAMにおける活性化状態の変化とそれにともなうRMサイズ変化をバイオイメージングにより解析することによって、光シグナルを介したメリステム活性調節の分子機構を明らかにする。

主要論文

Satbhai, S.B., Yamashino, T., Okada, R., Nomoto, Y., Mizuno, T., Tezuka, Y., Itoh, T., Tomita, M., Otsuki, S., Aoki, S. (2011) Pseudo-response regulator (PRR) homologues of the moss Physcomitrella patens: insights into the evolution of the PRR family in land plants. DNA Res. 18, 39-52.

Niwa, Y., Yamashino, T. and Mizuno T (2009) The circadian clock regulates the photoperiodic response of hypocotyl elongation through a coincidence mechanism in Arabidopsis thaliana. Plant Cell Physiol. 50, 838-854.

Yamashino, T., Ito, S., Niwa, Y., Kunihiro, A., Nakamichi, N. and Mizuno, T. (2008) Involvement of Arabidopsis clock-associated pseudo-response regulators in diurnal oscillations of gene expression in the presence of environmental time cues. Plant Cell Physiol. 49, 1839-50.

研究室URL http://www.agr.nagoya-u.ac.jp/~microbio/
班員名・所属 青山 卓史 [ 京都大学化学研究所 教授 ]
研究課題名 植物細胞形態形成におけるリン脂質シグナルの役割
課題番号 23012023
研究目的

 植物細胞の形態はそれぞれの細胞が果たすべき機能を構造面から支えるだけでなく、器官および個体の造形にとっても重要な決定因子である。植物細胞における様々な形態形成過程の中で、根毛形成は極性を持った細胞形態形成の最も単純化されたものであり、細胞極性の確立・維持という観点から精力的に研究されている。研究代表者のグループではシロイヌナズナの根毛形成において、ホスファチジルイノシトール(4,5)二リン酸(PI(4,5)P2)の生成酵素であるホスファチジルイノシトール4リン酸5キナーゼ(PIP5K)が細胞伸長極性の確立・維持のための制御因子として働くことを明らかにしている。本研究では、PIP5Kおよび低分子Gタンパク質であるROPが細胞先端成長の極性決定・維持に必要な正のフィードバックループの構成因子であるという作業仮説を立て、それを形質転換シロイヌナズナ系において検証することにより、細胞先端成長における極性決定・維持の制御機構を解明しようとする。また、研究代表者のグループではシロイヌナズナのホスホリパーゼDの一つPLDz1が根毛形成の正の制御因子であることを見出している。PLDz1は細胞内膜系に局在することが明らかとなったことから、PLDz1の根毛形成における役割を細胞内膜系の輸送、およびそれを介したオーキシンの極性輸送の制御という観点から解析する。

主要論文

Taniguchi, Y.Y., Taniguchi, M., Tsuge, T., Oka, A., and Aoyama, T. (2010) Involvement of Arabidopsis thaliana phospholipase Dz2 in root hydrotropism through the seuppression of root gravitropism. Planta 231:491-497.

Aoyama, T. (2009) Phospholipid signaling in root hair development. in“Root Hairs, Excellent Tools for the Study of Plant Molecular Cell Biology” (eds., Emons, A.M.C. and Ketelaar, T. Springer-Verlag, Tokyo) . pp171-189.

Kusano, H.,  Testerink, C.,  Vermeer, J.E.M.,  Tsuge, T.,  Shimada, H., Oka, A.,  Munnik, T., and Aoyama, T. (2008) The Arabidopsis phosphatidylinositol phosphate 5-kinase PIP5K3 is a key regulator of root hair tip growth. Plant Cell20: 367-380.

研究室URL http://molbio.kuicr.kyoto-u.ac.jp/mbl/index.html
班員名・所属 田中 博和 [ 大阪大学大学院理学研究科 助教 ]
研究課題名 器官発生を支える植物細胞の非対称性の研究
課題番号 23012026
研究目的

 植物ホルモンオーキシンの局所的な蓄積は高等植物の器官形成や環境応答において極めて重要である。PIN ファミリーのオーキシン排出蛋白質は、種々の組織の細胞膜上で非対称に分布することが知られている。これまでにPIN 蛋白質の非対称局在を撹乱する実験により、PIN 蛋白質の非対称局在がオーキシンの正常な分布に必要であることが示されている。これらの知見から、PIN 蛋白質の非対称局在によりオーキシンの細胞外への排出の方向性が規定され、組織内でオーキシンの勾配がつくられ、器官の形成や偏差生長などの様々な反応が引き起こされると考えられる。このように、 PIN 蛋白質の非対称局在は植物の発生と生長の制御に極めて重要である。しかし、その制御機構は断片的にしか理解されていない。本研究では、PIN 蛋白質の細胞内輸送に関わる新規因子を探索し、蛋白質の非対称的局在に関わる分子を同定することを目的とする。具体的には、PIN1-GFP の細胞内局在に異常を示すことを指標に単離した ben 変異体と bex 変異体に特に注目し、細胞生物学的解析と原因遺伝子の同定を行う。さらに、これらの変異体を用いた発生生物学的解析を進め、蛋白質の非対称局在に関わる因子の器官発生における役割を解明することを目指す。

主要論文

Kitakura, S., Vanneste, S., Robert, S., Lofke, C., Teichmann, T., Tanaka, H. , Friml, J. (2011) Genetic dissection of the developmental roles of clathrin-mediated endocytosis in Arabidopsis Plant Cell. in press.

Tanaka, H., Kitakura, S., De Rycke, R., De Groodt, R., Friml, J. (2009) Fluorescence imaging-based screen identifies ARF GEF component of early endosomal trafficking. Curr. Biol. 19, 391-397.

Dhonukshe, P., Tanaka, H., Goh, T., Ebine, K., Mähönen, A.P., Prasad, K., Blilou, I., Geldner, N., Xu, J., Uemura, T., Chory, J., Ueda, T., Nakano, A., Scheres, B., Friml, J. (2008) Generation of cell polarity in plants links endocytosis, auxin distribution and cell fate decisions. Nature 456, 962-966.

研究室URL http://www.bio.sci.osaka-u.ac.jp/~hirokazu.tanaka/index.html
班員名・所属 松永 幸大 [ 東京理科大学理工学部応用生物科学科 准教授 ]
研究課題名 細胞分裂イメージングによるメリステム統御システムの解明
課題番号 23012027
研究目的

 メリステムを制御する細胞分裂特異的キナーゼに注目し、メリステムのサイズ決定、伸長領域への移行メカニズムを明らかにする。幹細胞制御遺伝子や細胞運命の決定遺伝子などメリステム形成に関係する分子が同定されてきたが、メリステムのサイズ決定のメカニズムは解明されていない。さらに、伸長領域への移行には細胞周期からM期がなくなるエンドサイクルへの移行が必須であるが、個々の細胞周期因子の休止機構は不明のままである。応募者は細胞分裂特異的キナーゼであるAuroraキナーゼやHaspinを植物で初めて同定し、ライブセルイメージング技術を主軸に機能解析を続けて来た。その結果、このキナーゼをノックダウンした植物個体ではメリステムサイズの縮小が見出された。そこで、細胞分裂特異的キナーゼを中心にメリステムサイズの縮小、伸長領域の移行メカニズムを細胞分裂イメージングで解析することで、メリステム統御システムを解明する本申請課題の着想に至った。申請者の特許技術:自動特徴量抽出法を活用しながら、メリステム幹細胞からの距離と空間的位置を考慮し、細胞分裂速度や細胞周期時間の定量的データを取得する。これにより植物メリステム研究に細胞動態定量情報を提供する結果となり、メリステム・ダイナミクスを理解することを目的とする。

主要論文

Adachi, S., Minamisawa, K., Okushima, Y., Inagaki, S., Yoshiyama, K., Kondou, Y., Kaminuma, E., Kawashima, M., Toyoda, T., Matsui, M., Kurihara, D., Matsunaga, S. and Umeda, M. (2011) Programmed induction of endoreduplication by DNA double-strand breaks in Arabidopsis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA,108, 10004-10009.

Ma, N.*, Matsunaga, S.*, Morimoto, A.*, Sakashita, G., Urano, T., Uchiyama, S. and Fukui, K. (2011) The nuclear scaffold protein SAF-A is required for kinetochore-microtubule attachment and contributes to the targeting of Aurora-A to mitotic spindles. J. Cell Sci.124, 394-404. * These authors equally contributed to this work.

Kurihara, D., Matsunaga, S., Omura, T., Higashiyama, T. and Fukui K. (2011) Identification and characterization of plant Haspin kinase as a histone H3 threonine kinase. BMC Plant Biol.11, 73.

研究室URL http://www.rs.tus.ac.jp/sachi/
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 根端メリステムのパターン形成シグナリング
課題番号 23012030
研究目的

 高等植物のパターン形成においては、細胞間で交換される「位置情報」が重要な機能を果たす。すなわち、発生中の組織内において、細胞は他の細胞からのシグナル分子を感知し、それに応じて異なる分化プログラムを起動する。植物における位置情報伝達の分子機構については、最近さかんに研究がなされており、動物と同様の分泌性ペプチドとその受容体を介する系が多数報告されている。また、植物に特異的な機構として、転写因子の細胞間移行を介する系がいくつか報告されている。
我々は、シロイヌナズナの根端メリステムにおいて、内皮細胞で作られた小分子RNA(miRNA)165/166が、他の様々な細胞層の分化を細胞非自律的に制御することを報告している。これまで、miRNAは個々の細胞で自律的に機能すると考えられていたため、その細胞間移行の分子機構は全く未知である。そこで本研究課題では、シロイヌナズナの根端メリステムにおいて、miRNA165/166が細胞間を移行する経路と、それに必要なmiRNA分子の構造要因を解析する。この研究により、メリステムにおける新たな位置情報の伝達機構の詳細が明らかになることが期待される。

主要論文

Sarkar, A. K., Luijten, M., Miyashima, S., Lenhard, M., Hashimoto, T., Nakajima, K., Scheres, B., Heidstra, R. & Laux, T. Conserved factors regulate signalling in Arabidopsis thaliana shoot and root stem cell organizers. Nature 446, 811-814 (2007).

Miyashima, S., Hashimoto, T. & Nakajima, K. ARGONAUTE1 acts in Arabidopsis root radial pattern formation independently of the SHR/SCR pathway. Plant Cell Physiol 50, 626-634 (2009).

Miyashima, S., Koi, S., Hashimoto, T. & Nakajima, K. Non-cell-autonomous microRNA165 acts in a dose-dependent manner to regulate multiple differentiation status in the Arabidopsis root. Development, in press (2011)

研究室URL http://bsw3.naist.jp/hashimoto/hashimoto.html
班員名・所属 高橋 卓 [ 岡山大学大学院自然科学研究科 教授 ]
研究課題名 高等植物の表皮分化機構の確立と維持に関わる転写因子の解析
課題番号 23012032
研究目的

 高等植物のからだ作りにおいて、表皮は決定的な役割を演ずる。本研究者らは、地上部表皮の幹細胞である茎頂L1層に特異的な遺伝子の発現調節機構および表皮分化の分子基盤の解明を目指して、シロイヌナズナを用いた解析を行っている。これまでに、表皮に特異的に発現する遺伝子の調節領域に保存された配列L1ボックスを見つけ、この配列にホメオドメインをもつ転写因子PDF2, ATML1が結合すること、PDF2, ATML1遺伝子が自身の調節領域にL1ボックスを有し、正の自己制御により表皮に特異的な発現を示すこと、両遺伝子の二重突然変異pdf2-1 atml1-1は表皮欠損の表現型を示すことを明らかにした。さらに、ATML1の強い変異アレルを含む二重変異pdf2-1 atml1-2は胚致死となり、両遺伝子が胚発生に必須であることを示した。しかし、胚発生過程において、PDF2, ATML1の発現がL1層に限定される機構は未だ明らかでない。

 本研究では、植物メリステムの主要素である茎頂L1層が確立する分子基盤として、PDF2, ATML1の発現がL1層に限定、維持される機構の解明を目標とする。本特定領域のこれまでの研究において、PDF2, ATML1 mRNAの3’非翻訳領域が2本鎖構造を形成し,L1層以外の細胞で分解される可能性を見出していることから、その検証を中心に解析をすすめる。

主要論文

Kakehi, J.-I., Kuwashiro, Y., Motose, H., Igarashi, K. and Takahashi, T. (2010) Norspermine substitutes for thermospermine in the control of stem elongation in Arabidopsis thaliana. FEBS Lett. 584: 3042-3046

Takahashi, T. and Kakehi, J.-I. (2010) Polyamines: Ubiquitous Polycations with Unique Roles in Growth and Stress Responses. Ann. Bot. 105: 1-6

Imai, A., Komura, M., Kawano, E., Kuwashiro, Y. and Takahashi, T. (2008) A semi-dominant mutation in a ribosomal protein L10 gene suppresses the dwarf phenotype of the acl5 mutant in Arabidopsis thaliana. Plant J. 56: 881-890

研究室URL http://www.biol.okayama-u.ac.jp/takahashiTaku/T-Takahashi.html
班員名・所属 富永 るみ [ 宮崎大学・IR推進機構 特任助教 ]
研究課題名 根毛形成に関わるMYB転写因子分解機構の解明
課題番号 23012035
研究目的

 我々は、根毛形成を制御するMYB転写因子CPCと、そのファミリー遺伝子について解析を進めてきた。これまでの実験から、5つのCPCファミリー遺伝子は、根毛形成においてリダンダントな機能を維持しながら、それぞれ異なる機能も持つことを明らかにした。また、タンパク質分解が早いものとそうでないものがあることを見いだした。CPCプロモーター制御下で各CPCファミリーとGFPの融合タンパク質を発現させたところ、CPC:GFP、ETC1:GFP、CPL3:GFPの局在が根の表皮細胞で強く観察されるのに対し、TRY:GFPと ETC2:GFPの蛍光は非常に弱く、早く分解されていると予想された。そこで、ホモログの配列を比較することで、分解に寄与するアミノ酸モチーフを特定できると考え、本研究を計画した。具体的には、1、MG132、MG115等を用いたプロテアソーム阻害剤実験、2、TRYとETC2のC末端配列を改変した形質転換体の作出、等を計画している。

 本研究によって、これまで明らかにされていない、CPC転写因子ファミリーの分解による形態形成制御機構の解明を目指す。また、根端メリステムから、根毛、非根毛細胞が同時に分化するメカニズムの解明に貢献できると考える。

主要論文

Rumi Tominaga, Mineko Iwata, Kiyotaka Okada, and Takuji Wada (2007)  Functional Analysis of the Epidermal-Specific MYB Genes CAPRICE and WEREWOLF in Arabidopsis. THE PLANT CELL, 19, 2264-2277

Rumi Tominaga-Wada, Mineko Iwata, Ryosuke Sano, Kayoko Inoue, Kiyotaka Okada and Takuji Wada (2008) Arabidopsis CAPRICE-LIKE MYB 3 (CPL3) controls endoreduplication and flowering development in additionto trichome and root hair formation. Development, 135, 1335-1345

Rumi Tominaga-Wada, Mineko Iwata, Junji Sugiyama, Toshihisa Kotake, Tetsuya Ishida, Ryusuke Yokoyama, Kazuhiko Nishitani, Kiyotaka Okada and Takuji Wada (2009) The GLABRA2 homeodomain protein directly regulates CESA5 and XTH17 gene expression in Arabidopsis roots.
The Plant Journal, 60, 564-574

研究室URL  
班員名・所属 寿崎 拓哉 [ 基礎生物学研究所共生システム研究部門 助教 ]
研究課題名 根粒原基および感染糸形 成を制御する分子機構
課題番号 23012038
研究目的

 マメ科植物と根粒菌の共生器官である根粒の初期発生過程では、根毛に根粒菌が付着することを契機に、皮層の一部の細胞の脱分化と細胞分裂が起こり、根粒原基が形成される。一度分化した組織(皮層)からの de novo な器官(根粒)形成が起こるその発生様式を明らかにすることは、植物-微生物の相互作用研究を進展させるだけでなく、植物に特徴的な形態形成の仕組みを理解する上でも重要な知見をもたらす可能性がある。また、これまで報告されている根粒形成に関わる共生変異体の多くは、根粒形成の異常に加えて、根粒菌の感染経路である感染糸の形成も異常になることが知られている。このことから、根粒の正常な発生には根粒原基形成と感染糸を介した根粒菌の感染プロセスが同調的に進行することが重要であることが推察されるが、その制御機構はほとんど明らかになっていない。
 本研究では、マメ科のミヤコグサを用いて、根粒原基と感染糸形成に関与する変異体を用いた遺伝学的な解析と、根粒原基形成時に特異的に発現変動する遺伝子を同定するためのトランスクリプトーム解析を行う。これらの解析を通して、根粒原基と感染糸それぞれの形成過程を制御する分子機構および2つの過程を結びつける機構を明らかにすることを目指す。

主要論文

Busch, W., Mitok, A., Ariel, F.D., Zhao, Z., Forner, J., Daum, G., Suzaki, T., Schuster, C., Schultheiss, S.J., Leibfried, A., Haubei?, S., Ha, N., Chan, R.L. and Lohmann J.U. (2010). Transcriptional control of a plant stem cell niche. Dev Cell, 18, 841-853.

Suzaki, T., Ohneda, M., Toriba, T., Yoshida, A. and Hirano, H. Y. (2009). FON2 SPARE1 redundantly regulates floral meristem maintenance with FLORAL ORGAN NUMBER2 in rice. PLoS Genet 5, e1000693.

Suzaki, T., Yoshida, A. and Hirano, H. Y. (2008). Functional diversification of CLAVATA3-related CLE proteins in meristem maintenance in rice. Plant Cell 20, 2049-58.

研究室URL http://www.nibb.ac.jp/miyakohp/index.html