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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H30-H31年度の公募研究班の研究テーマにつきましては、こちらのリンクよりご覧ください。

A01：公募研究班 (R2-R3年度)

シュート再生過程における頂端分裂組織幹細胞ニッチの新生と転換およびその制御機構

研究代表者

杉山　宗隆

東京大学大学院理学系研究科附属植物園

[研究内容]
植物の器官再生は、頂端分裂組織の幹細胞ニッチの新生や転換を伴う、ダイナミックな現象である。高濃度のオーキシンを投与してカルスを誘導し、その後に高濃度のサイトカイニンを投与して不定芽を誘導する、シロイヌナズナの2段階式のシュート再生では、根端分裂組織タイプの幹細胞ニッチがまず生じ、これがシュート頂分裂組織タイプに転換して、不定芽の形成に至る。本研究では、内生IAAとTBP関連因子のBTAFを糸口にこの過程の分子ネットワークを追究し、併せてカルス段階を経ないとトレニアの直接シュート再生との比較分析を行って、シュート再生における幹細胞の動態と制御機構を解き明かしていく。

腋芽メリステム確立時の幹細胞の維持機構

研究代表者

田中　若奈

広島大学大学院統合生命科学研究科

[研究内容]
植物のブランチや花器官を含む多くの器官は、植物のライフサイクルに応じて確立される腋芽メリステムに存在する幹細胞（腋芽幹細胞）から形成されている。しかしながら腋芽幹細胞に着目した研究は非常に少ない。
本研究では、イネを材料として、腋芽メリステム確立時の幹細胞の恒常性維持を担う分子メカニズムの解明を目的とする。私たちはこれまでに、イネの栄養成長期の腋芽メリステムの確立過程において、新生直後の幹細胞が FON2-TAB1 経路によって維持されていることを明らかにした。本研究では、この FON2-TAB1 経路と関連している可能性がある因子の機能解明を通じて、腋芽幹細胞の維持機構に関する新たな知見を得ることを目指す。また、花の形態に異常を示す突然変異体を用いて、花器官分化における幹細胞維持の意義を明らかにすることも計画している。

従来の想定に無かった全く新しい茎頂幹細胞維持機構と多能性獲得機構の研究

研究代表者

打田　直行

名古屋大学遺伝子実験施設

[研究内容]
植物の地上部の全ては、茎先端に位置する茎頂分裂組織の内部に分化多能性を持ったまま維持されている茎頂幹細胞から生み出される。本研究では、この茎頂幹細胞の「維持」と「分化多能性の獲得」のそれぞれの仕組みに関して、従来の想定になかった全く新しい観点の提唱と理解を目的とする。茎頂幹細胞の「維持」に関しては、従来のシロイヌナズナの分子遺伝学的研究による理解で必須因子とみなされてきた因子を「必要としない」という、従来の想定にはなかった新しい幹細胞維持機構の解明を目指す。「分化多能性の獲得」に関しては、分化多能性を持つ細胞塊を生み出させる能力を持つ新規化合物の発見をきっかけとして、この化合物の活用により過去の遺伝学では見出せなかった分化多能性獲得の新しい分子機序の解明を目指す。

低オーキシン応答性の確立による幹細胞形成

研究代表者

西浜　竜一

京都大学大学院生命科学研究科

[研究内容]
被子植物の発生初期に起こる幹細胞形成には、植物ホルモンであるオーキシンの関与が知られている。しかし、オーキシン応答性の制御がどのように幹細胞形成を実現するのか、その分子機構の詳細はよくわかっていない。陸上植物基部に位置する苔類ゼニゴケを用いた研究から、低いオーキシン応答性と幹細胞性との間に強い関連が示唆された。本研究では、ゼニゴケにおいてどのように低いオーキシン応答性が確立され、それによりどのように幹細胞が規定されるのかについて、遺伝子制御ネットワークを解明する。また、分泌ペプチドを介した細胞間コミュニケーション機構や、機能未知の酵素が生成する化合物による制御が幹細胞維持に関与することが被子植物で知られている。本研究では、これらの経路とオーキシン低応答性との関係性を、ゼニゴケを用いて明らかにする。低オーキシン応答性の観点から、植物幹細胞の形成維持機構と特徴づけに迫る。

シュート幹細胞形成における植物ホルモン微環境の構築メカニズム

研究代表者

相田　光宏

熊本大学国際先端科学技術研究機構

[研究内容]
シュートを形成する幹細胞群（シュート幹細胞群）は胚発生において形成され、その後一生を通じて維持される。シュート幹細胞群の維持にはオーキシンとサイトカイニンの二種のホルモンシグナルがつくる微環境が重要であることがわかっているが、この微環境がどのようなメカニズムで構築されるかは明らかでない。本研究ではシュート幹細胞形成に必須な転写因子であるCUC1, CUC2, CUC3の制御下でどのようにホルモン微環境が形成されるのかを明らかにする目的で、CUCの下流遺伝子群のうちオーキシンとサイトカイニンの経路に関連するものを重点的に同定し、これらの遺伝子の機能解析を行う。

傷害に応答した幹細胞新生におけるヒストン修飾変化の作動原理

研究代表者

石川　雅樹

基礎生物学研究所

[研究内容]
陸上植物は、傷害に応答して容易に分化細胞をリプログラミングし、幹細胞を新生させることができる。一方、ヒストンメチル化などのクロマチン修飾が分化状態の変化を妨げる障壁として機能するため、リプログラミングでは分化細胞のクロマチン修飾状態を変化させる必要がある。しかしながら、どのようにして傷害刺激がクロマチン修飾変化を引き起こすのかは不明である。ヒメツリガネゴケのSTEMIN1転写因子は、発現させるだけで葉細胞を幹細胞化させる。またSTEMIN1は、茎葉体の発生段階では発現しないが、傷害刺激に応答して発現する。そこで本研究では、STEMIN1をリプログラミングの鍵因子として捉え、STEMIN1によるクロマチン修飾変化を作動させる分子機構、および、傷害によるSTEMIN1遺伝子発現制御機構を明らかにし、傷害誘導性の幹細胞新生におけるクロマチン修飾変化を作動させる分子基盤の解明を目指す。

傷害ストレス誘導性カルスの幹細胞新生メカニズム

研究代表者

岩瀬　哲

理化学研究所環境資源科学研究センター

[研究内容]
植物は傷害部位にカルスと呼ばれる細胞塊を形成し、カルスの中で幹細胞を新生して組織の再生を行うが、この際の細胞系譜や分子プロセスは理解に乏しい。申請者のこれまでの研究から、外因性の植物ホルモンを含まない培地でも、傷口のカルスから根および茎葉が再生するシロイヌナズナ植物体が作製されている。本研究では、この系を用いて、どのような細胞特性を有したカルス細胞が、根と茎葉の幹細胞に変化していくのか、その分子メカニズムを経時的に明らかにする。個々の細胞において再生マーカーやエピジェネティクス関連因子等の遺伝子発現変化を経時的かつ包括的に捉え、生化学と遺伝学的手法を用いて傷害カルスにおける幹細胞新生に必要な遺伝子ネットワーク、ホルモン応答変化とエピゲノム変化を明らかにする。

幹細胞新生を抑制するホメオボックス型転写因子の機能解明

研究代表者

池内　桃子

新潟大学理学部

[研究内容]
器官の再生効率は植物種によって大きく異なり、組織培養系で茎葉再生がうまくいかない場合は多い。何らかの内的要因がカルスからの幹細胞新生を制限していると想定されるが、分子実体に関する手がかりは得られていなかった。私はこれまでに分子遺伝学的研究を進め、器官再生系における幹細胞新生を抑制するホメオボックス型転写因子を発見した。さらに、この因子はカルスの中で幹細胞新生を行う細胞の割合を変化させていることを示唆する結果を得ている。そこで本研究では、1細胞RNA-seq 解析を用いてカルスの細胞種を明確に記載するとともに、本ホメオボックス因子の標的遺伝子の同定と機能解析を進める。これらの統合的な解析により、幹細胞新生を負に制御するメカニズムを明らかにする。