サイトカイニン情報伝達を基盤とした高等植物の軸性器官における肥厚成長の制御機構

本研究では、植物ホルモンのひとつであるサイトカイニン(CK)が、双子葉植物の軸性器官(根、花茎)での肥厚成長を誘導するメカニズムを理解することを目指している。過去の解析で、CK情報伝達系の下流に位置する転写因子LBD3、LBD4が、肥厚成長を司る細胞群(側方分裂組織)の活性を制御し、根の肥厚成長を誘導することを明らかにした。今年度では、前年度に作成したCK合成酵素であるipt3/5/7三重変異体(ipt 変異体:Miyawaki et al.('06) PNAS)とlbd3/4二重変異との多重変異体(ipt3/5/7/lbd3/4五重変異体:ipt lbd変異体)の根を用いて、CK処理後でRNA-seq解析を行い、LBD3/4の下流遺伝子を網羅的に解析した。するとipt lbd変異体のみでCK応答を起こさなくなった LBD3/4依存性遺伝子が92個見出された。この中には、ペクチン酸リアーゼ、エキスパンシンなど、細胞壁成分の調節に関わるタンパクをコードする遺伝子が複数含まれていた。そこでlbd3/4二重変異体及びLBD3過剰発現体の根の細胞壁成分を解析したところ、細胞外マトリクス多糖を構成するペクチンの主要成分であるガラクツロン酸、ガラクトースの量が、二重変異体で減少し、過剰発現体で増加していた。さらにlbd3/4二重変異体の根では中心柱の細胞サイズが小さく、LBD3過剰発現体の胚軸や根では大きくなっていた。以上から、LBD3/4が細胞壁成分の調節に関わる遺伝子の発現を誘導し、側方方向への細胞伸張を制御することで根の肥厚成長を誘導することが示唆された。また側方分裂組織の活性調節を担うホメオボックス遺伝子WOX4(Hirakawa et al.('10) Plant Cell.)と LBD3/4遺伝子が、肥厚成長の誘導に対して独立した経路で機能することも併せて明らかにした。

本研究では、植物ホルモンのひとつであるサイトカイニン(CK)が、双子葉植物の軸性器官(根、花茎)での肥厚成長を誘導するメカニズムを理解することを目指している。過去の解析で、CK情報伝達系の下流に位置する転写因子LBD3、LBD4が、肥厚成長を司る細胞群(側方分裂組織)の活性を制御し、根の肥厚成長を誘導することを明らかにした。今年度では、前年度に作成したCK合成酵素であるipt3/5/7三重変異体(ipt 変異体:Miyawaki et al.('06) PNAS)とlbd3/4二重変異との多重変異体(ipt3/5/7/lbd3/4五重変異体:ipt lbd変異体)の根を用いて、CK処理後でRNA-seq解析を行い、LBD3/4の下流遺伝子を網羅的に解析した。するとipt lbd変異体のみでCK応答を起こさなくなった LBD3/4依存性遺伝子が92個見出された。この中には、ペクチン酸リアーゼ、エキスパンシンなど、細胞壁成分の調節に関わるタンパクをコードする遺伝子が複数含まれていた。そこでlbd3/4二重変異体及びLBD3過剰発現体の根の細胞壁成分を解析したところ、細胞外マトリクス多糖を構成するペクチンの主要成分であるガラクツロン酸、ガラクトースの量が、二重変異体で減少し、過剰発現体で増加していた。さらにlbd3/4二重変異体の根では中心柱の細胞サイズが小さく、LBD3過剰発現体の胚軸や根では大きくなっていた。以上から、LBD3/4が細胞壁成分の調節に関わる遺伝子の発現を誘導し、側方方向への細胞伸張を制御することで根の肥厚成長を誘導することが示唆された。また側方分裂組織の活性調節を担うホメオボックス遺伝子WOX4(Hirakawa et al.('10) Plant Cell.)と LBD3/4遺伝子が、肥厚成長の誘導に対して独立した経路で機能することも併せて明らかにした。