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植物細胞を初期化する遺伝子

植物の個体発生は、受精卵からのパターン形成で始まります。特にシロイヌナズナをはじめとしたアブラナ科植物では、胚発生のごく初期から精緻を極めたパターン形成が展開されます。胚発生のプログラムを開始させるには、分化した細胞をリセットし、胚に特有の遺伝子発現を活性化する「初期化」が必要です。私たちは、植物の細胞を初期化する遺伝子を発見し、その作用メカニズムを明らかにしようとしています。また、この遺伝子を使って、有用植物を効率的に繁殖させる技術の開発にも取り組んでいます。

私たちは、前のページで紹介したアクティベーションタギング法を使い、根の細胞分裂が異常に亢進している変異体を見つけました。その原因は、RKDという全く解析されていなかったファミリーの転写因子が根で過剰発現したためと分かりました。その後いろいろな経過を経て、RKDファミリーの中のRKD4という遺伝子を破壊すると、胚のパターン形成に重篤な異常が生じることが分かりました。また、RKD4は受精卵から初期胚にかけての短い期間に発現しており、それ以外の時期にはほとんど発現していませんでした。

 

興味深いことに、本来はRKD4を発現していない発芽後にRKD4を過剰発現させると、根や葉の細胞が初期胚様の細胞にリセットされました。次に、RKD4の過剰発現を止めると多数の胚が形成されました。このことから、RKD4には体細胞を「初期化(リプログラミング)」する能力があることが分かります。

細胞の分化状態を1つの遺伝子の過剰発現でここまで劇的に変化させた例はあまり知られていません。このような変化がどのような機構で起こるのか、またそれが通常の胚発生でどのような意味を持っているかを明らかにするのが今後の研究課題です。

またRKD4によく似た遺伝子は、様々な植物種のゲノムに広く存在しています。RKD4のリプログラミング能力を利用して、開花までに長時間を要する植物や、繁殖力の低い植物を効率的に繁殖させる研究にも取り組んでいます。

この研究を発表した論文
Waki, et al. (2011). "The Arabidopsis RWP-RK protein RKD4 triggers gene expression and pattern formation in early embryogenesis." Curr Biol . 21, 1277-1281. PubMed Publisher Press 

この研究は、科学技術振興機構・さきがけ「二酸化炭素資源化を目指した植物の物質生産力強化と生産物活用のための基盤技術の創出(CO2 資源化)」研究領域の支援を受けて行ったものです。