新学術領域研「植物多能性幹細胞」

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研究テーマ ー A02: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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A02:計画研究班

植物幹細胞の多能性を維持するメカニズムの解明

研究代表者 経塚 淳子 東北大学大学院生命科学研究科
研究分担者 豊岡 公徳 理化学研究所環境資源科学研究センター

[研究内容]
植物幹細胞は個体の成長過程で多能性を維持する一方、花幹細胞に変換する際には多能性を失う。したがって、多能性の制御は花序パターンや種子数を決定する重要な要因である。本研究では、幹細胞の増殖と多能性の関連に着目して幹細胞の多能性を維持するメカニズムを解明する。具体的には細胞生物学的解析や1細胞トランスクリプトーム解析により幹細胞を特定し、その情報を基に分子マーカーを開発し幹細胞増殖の基本様式や多能性維持との関連性を解析する。さらに、単細胞の幹細胞をもつコケ植物を用いて、遺伝学的解析や幹細胞ライブイメージングを行い、幹細胞の起源やその根源的な特性を明らかにする。PSACと連携し幹細胞の3Dイメージングを進める。

植物幹細胞の一過性と永続性を制御する分子メカニズムの解明

研究代表者 鳥居 啓子 名古屋大学
トランスフォーマティブ生命分子研究所
研究分担者 近藤 侑貴 東京大学大学院理学系研究科

[研究内容]
茎頂メリステムの幹細胞は恒久的に機能する一方、葉表皮の気孔幹細胞は一過的に生成され、もっぱら気孔形成に機能する。これらの異なる性質をもつ恒久的・一過的幹細胞の トランスクリプトーム解析や発生遺伝学的解析から、両者は共通する因子により制御されていることがわかってきた。そこで、気孔系譜の幹細胞単離技術を利用し、幹細胞の永続性と終結を決めるゲノムおよびシグナル伝達の動態を1細胞レベルの解像度で解析するとともに、マスター因子による気孔系譜細胞の幹細胞性停止のメカニズムを解明する。また近藤は、維管束の恒久的幹細胞が永続的に機能するのに必要な細胞運命のスイッチング機構について解析する。以上の研究により、植物幹細胞に永続性を与える制御系が明らかになると期待される。また、名古屋大学トランスフォーマティブ生命分子研究所の強みである合成化学を活用し、新規化合物による植物幹細胞の維持と分化の操作も試みる。

多能性幹細胞の維持・再生機構の解明

研究代表者 梅田 正明 奈良先端科学技術大学院大学
先端科学技術研究科
研究分担者 坪内 知美 基礎生物学研究所
研究分担者 蓑田 亜希子 理化学研究所生命医科学研究センター

[研究内容]
植物にDNA損傷を与えると幹細胞特異的に細胞死が誘導される一方、幹細胞ニッチの細胞分裂が活性化し、新たな幹細胞が再生される。梅田は、この幹細胞再生の過程と幹細胞ゲノムの恒常性維持に植物ホルモンが関与していることを見出している。本研究ではこれらの事象を制御する分子メカニズムを明らかにすることにより、植物幹細胞を長期間、安定的に維持することを可能にする制御系を解明する。一方、坪内は、哺乳類多能性幹細胞(ES細胞)においてもDNA損傷による細胞死が起きやすく、またDNA損傷の指標であるγH2AXシグナルが外的にDNA損傷を与えないでも増加する分子メカニズムに着目して解析を進めている。これらの現象に潜む制御系を紐解くことで、動植物における幹細胞ゲノム維持機構の共通点および相違点を明らかにする。

長寿命樹木にみられる幹細胞ゲノムの多様性分析

研究代表者 佐竹 暁子 九州大学大学院理学研究院
研究分担者 陶山 佳久 東北大学大学院農学研究科

[研究内容]
近年の動物がん細胞を中心とした研究により、個体を構成する細胞は多様な遺伝情報をもつことが明らかとなってきた。非常に長い寿命をもつ樹木では突然変異の蓄積が著しいと考えられるが、動物と異なり健全な成長と繁殖能力を維持している。本研究では、世界で最も背が高い樹木として知られるセコイア属を含む長寿命な植物を対象に、①枝の空間配置と分岐パターンによって形作られる樹形構造の分析、②各枝から採取されたサンプルを用いた大規模なゲノム配列情報の取得、③同一個体内に存在する幹細胞ゲノムの多様性と個体内変異が生じた位置情報の解析を行う。本研究により、個体レベルで突然変異を許容しつつ、幹細胞を永続的に維持するメカニズムが明らかになると期待される。さらに、環境条件の違いが幹細胞ゲノムの多様性に与える影響を評価し、頑強性と可塑性を備えた幹細胞の維持機構について理解する。