新学術領域研「植物多能性幹細胞」

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研究テーマ ー A01:計画研究班 ー

本領域では植物幹細胞の特性を理解し、その増殖性や多能性の維持に必須な制御システムを解明する。
植物科学分野に幹細胞生物学を創成し、植物生存の永続性や旺盛な繁殖力を分子レベルで理解するための研究基盤を構築する。

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A01:計画研究班

植物幹細胞の新生・維持に必要な非対称分裂機構の解明

研究代表者 五島 剛太 名古屋大学大学院理学研究科
研究分担者 佐藤 豊 国立遺伝学研究所

[研究内容]
幹細胞の新生・維持のために「非対称分裂」はきわめて重要であるが、植物においてはその誘導機構や実際の仕組みについて不明な点が多い。本研究では、植物細胞が発生・再生する過程で幹細胞誘導のシグナルを発し、細胞極性や細胞質分裂の時空間的制御により非対称分裂を実現し、幹細胞が新生・維持される仕組みの解明を目指す。基部陸上植物ヒメツリガネゴケにおいては計8種の幹細胞が同定されており、種々の細胞生物学実験ツールも開発されてきた。また、イネでは幹細胞の極性情報の維持に関わるイネ変異体が得られている。そこで、これらの材料を駆使することにより、植物幹細胞を特徴づける分裂様式を生み出すキュー、ならびに実際のマシナリーの動態に着目して、細胞生物学的および分子遺伝学的アプローチによる多面的な研究を展開する。本研究により、陸上植物における幹細胞新生・維持過程の仕組みが明らかになると期待される。

リプログラミングによる植物幹細胞の新生機構の解明

研究代表者 林 誠 理化学研究所環境資源科学研究センター
研究分担者 石崎 公庸 神戸大学大学院理学研究科

[研究内容]
胚発生時の幹細胞創生とは対照的に、植物は環境に応答して分化した細胞から幹細胞を誘導するリプログラミング能力をもっている。この幹細胞新生は動物には見られない大きな特徴であり、植物幹細胞の増殖性を理解する上で重要である。本研究では、マメ科植物の根粒と苔類ゼニゴケの杯状体(栄養繁殖器官)の形成誘導メカニズムについて、鍵転写因子に着目して解析する。具体的には、NIN(根粒形成)およびGCAM1(杯状体形成)の転写制御ネットワークおよび時空間的発現制御メカニズムを明らかにするとともに、これら転写因子が発現する細胞を規定するクロマチン構造制御を解明する。本研究により、リプログラミングによる幹細胞の新生機構が明らかになると期待される。

幹細胞増殖を制御する植物ホルモンの機能解明

研究代表者 榊原 均 名古屋大学大学院生命農学研究科
研究分担者 芦苅 基行 名古屋大学生物機能開発利用研究センター

[研究内容]
茎頂メリステムでは幹細胞の分裂が適切に制御され、腋芽幹細胞を含む新たなファイトマーが規則的に産生される。一方、ファイトマーの連結部にある節には茎頂由来の幹細胞が残存しており、何らかの刺激により分裂活性が回復すると茎が伸長し、環境や成長に応じて個体サイズの最適化が図られる。本研究では、茎頂メリステムでの細胞分裂活性の維持に重要なサイトカイニンの生合成と輸送システムに着目することにより、植物ホルモンによる幹細胞増殖の制御システムを解明する。また、節幹細胞を再活性化する機構について植物ホルモンの役割を中心に解析する。本研究により、器官発生の規則性と可塑性を支える幹細胞増殖の制御機構が明らかになると期待される。

幹細胞新生のタイミングを制御する分子機構の解明

研究代表者 山口 信次郎 京都大学化学研究所

[研究内容]
植物は一定間隔で腋芽幹細胞を生成し、ファイトマーを積み重ねて成長する。本研究では、茎頂メリステムで腋芽幹細胞を生成する時間的間隔が短いpla1/klu変異体に着目し、幹細胞新生のタイミングを制御するメカニズムの解明を目指す。これまでの研究から、PLA1/KLU遺伝子は機能未知のシトクロムP450酸化酵素(CYP78A)をコードすることが明らかにされている。したがって、既知の植物ホルモンとは異なる何らかの低分子シグナルが幹細胞新生に関与していると考えられるが、その化学的実体は解明されていない。そこで、pla1/klu変異体の表現型を相補する化合物の探索や、質量分析装置を用いた代謝産物差異解析により、幹細胞新生のタイミングを制御する低分子シグナルの同定を目指す。本研究により、幹細胞新生の時間的規則性と器官発生のモジュール性を生み出す制御系が明らかになると期待される。