細胞数とサイズの調節を介した葉器官サイズ決定機構の解析

通过细胞数量和大小调节来分析叶器官大小决定机制

• 批准号: 15770034
• 负责人: 堀口 吾朗
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: National Institutes of Natural Sciences Okazaki Research Facilities (2004-2005)Okazaki National Research Institutes (2003)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15770034/
• 关键词: シロイヌナズナ; 葉原基; 葉サイズ; 細胞増殖; 細胞伸長; GRA; ELO; IRX3; AN3; AtGRF5; T-DNAタギング; サイズ; 葉; 細胞数; 細胞サイズ; 補償作用; RNA interference; T-DNA tagging

本研究の目的は、葉のサイズを制御する遺伝学的ネットワークを明らかにすることである。これまでに、葉のサイズに異常を示すシロイヌナズナ突然変異株を多数収集し、それらを葉細胞の数あるいはサイズの増減に応じクラス分けした。本年度はそれらの中でも特徴的な表現型を示す4種の突然変異株について原因遺伝子の特定を行った。葉原基における細胞増殖期間を延長することで、葉細胞数を増加させるgrandifolia1-D (gla1-D)変異は、4番染色体の重複に起因することが示唆された。この領域は葉の細胞数を正に制御するAINTEGUMENTA (ANT)の遺伝子を含む。従って、gla1-Dにおける細胞数の増加は、ANTのコピー数の増加が引き金である可能性が示唆された。gra-1D変異が全ての葉組織の細胞を一様に増加させるのに対し、elongata1 (elo1),elo3変異は特に表皮の細胞増殖を強く促進することが判明した。これらの変異株では、表皮とその直下の組織の細胞増殖の調和が乱され、最終的に通常よりも広い細胞間隙を持つ大型かつ長い葉身が形成される。ELO1,ELO3遺伝子をT-DNA tagging法、map-based法でそれぞれ特定したところ、これらの遺伝子はRNA polymerase IIによる転写産物の伸長を制御するElongator複合体の異なるサブユニットをコードすることが明らかになった。これらの結果から、細胞増殖を介する葉サイズ制御機構には、器官全体をカバーするGRA経路、表皮を特に制御するELO経路の最低2種類が存在することが明らかとなった。増殖を終えた葉細胞は、液胞化により急激に細胞伸長を行う。この過程に欠損を示す#116変異株の原因遺伝子をmap-based法で特定したところ、cellulose synthaseをコードするIRREGULAR XYLEM3 (IRX3)であることが判明した。IRX3は未成熟な道管特異的に発現し、道管の2次細胞壁肥厚を司る。irx3では道管の2次細胞壁が正常に形成されず、非常に道管がもろくなる。従って、葉の細胞が十分伸長するためには、通道組織からの正常な物質供給が必須であること、またこれとは対照的に、そのような欠損は細胞増殖にはほとんど影響を及ぼさないことが明らかとなった。

这项研究的目的是确定控制叶片大小的遗传网络。迄今为止，许多表现出异常叶片大小的拟南芥突变体已根据叶细胞的数量或大小进行了分类。今年，我们确定了表现出独特表型的四个突变菌株的病因基因。有人提出，通过延长叶子原基的细胞增殖周期来增加叶片细胞数量的Grandifolia1-D（GLA1-D）突变是由于4号染色体的重叠。该区域包含Aintegumenta（ANT）的基因，从而积极调节了叶细胞数量的数量。因此，有人提出，GLA1-D中细胞计数的增加可能是由于蚂蚁的拷贝数增加而触发的。发现GRA-1D突变均匀地增加了所有叶片组织中的细胞，而Elongata1（ELO1）和ELO3突变强烈促进细胞增殖，尤其是在表皮中。这些突变体破坏了表皮中细胞增殖的和谐，直接在其下方的组织中，最终形成的大而长的叶片比正常细胞间隙宽。当使用T-DNA标记和基于MAP的方法鉴定ELO1和ELO3基因时，发现这些基因编码了延伸仪复合物的不同亚基，该子络合物复合物的不同亚基通过RNA聚合酶II调节转录本的扩展。这些结果表明，通过细胞增殖至少有两种类型的叶片大小控制机制：涵盖了整个器官和ELO途径的GRA途径，这些途径专门调节表皮。增殖后，叶细胞由于液泡而迅速膨胀。使用基于MAP的方法鉴定出在此过程中表现出缺陷的＃116突变菌株的致病基因，并发现它是编码纤维素合酶的不规则Xylem3（IRX3）。 IRX3在未成熟的区域中特别表达，并控制该道的二级细胞壁增厚。使用IRX3，管道的次级细胞壁通常不会正常形成，从而使管道非常脆。因此，已经表明，来自湍流组织的正常供应对叶片细胞的伸长至关重要，相反，这种缺陷对细胞增殖几乎没有影响。

项目成果

Gravitropism in leaves of Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.

• DOI: 10.1093/pcp/pci237
• 发表时间: 2006-02-01
• 期刊: PLANT AND CELL PHYSIOLOGY
• 影响因子: 4.9
• 作者: Mano, E;Horiguchi, G;Tsukaya, H
• 通讯作者: Tsukaya, H

Transgene overexpression with cognate small interfering RNA in tobaccoletter

烟草中同源小干扰 RNA 的转基因过表达

• 期刊: FEBS 573・1-3
• 作者: 塚谷裕一;堀口吾朗;Horiguchi et al.;Kozuka et al.;Sawa et al.;Tomita et al.
• 通讯作者: Tomita et al.

The different growth responses of the Arabidopsis thaliana leaf blade and the petiole during shade avoidance are regulated by Photoreceptors and sugar

• DOI: 10.1093/pcp/pci016
• 发表时间: 2005-01-01
• 期刊: PLANT AND CELL PHYSIOLOGY
• 影响因子: 4.9
• 作者: Kozuka, T;Horiguchi, G;Tsukaya, H
• 通讯作者: Tsukaya, H

Gorou Horiguchi: "RNA silencing in plants : a shortcut to functional analysis"Differentiation. (In press). (2004)

Gorou Horiguchi：“植物中的RNA沉默：功能分析的捷径”差异化。

The transcription factor AtGRF5 and the transcription coactivator AN3 regulate cell proliferation in leaf primordia of Arabidopsis thaliana

• DOI: 10.1111/j.1365-313x.2005.02429.x
• 发表时间: 2005-07-01
• 期刊: PLANT JOURNAL
• 影响因子: 7.2
• 作者: Horiguchi, G;Kim, GT;Tsukaya, H
• 通讯作者: Tsukaya, H