寄生植物コシオガマにおける吸器発生メカニズムの解明

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寄生植物の寄生に必須である吸器という器官の発生と機能を理解するには、吸器がどのような細胞群から構成されているのかを理解する必要がある。しかし、分子生物学的な知見はこれまでのところ報告されていない。当該年度では、吸器発生過程において細胞系譜を追跡できるコンストラクトを作成した。このシステムを用いて皮層細胞の系譜を吸器発生過程で追跡した結果、吸器中心付近の皮層細胞は最終的に維管束幹細胞様の細胞へと分化している様子が観察された。他の解析も併せると、吸器の中心に発達する維管束幹細胞様の細胞は、皮層や内皮などから分化してきたものであることが示された。以上の解析より明らかになった細胞分化のダイナミクスとパターニングを理解するために、植物器官発生に重要な役割を果たすオーキシンについての研究を進めた。オーキシン応答性プロモーターであるDR5の発現パターンを、吸器発生過程で解析したところ、初期では吸器発生部位の表皮、吸器の頂端部、そして発生後期では道管細胞が分化する箇所でオーキシン応答が起こっていることが分かった。トランスクリプトーム解析から吸器発生初期では、オーキシンの主要生合成経路で働く酵素であるYUCCAの発現が表皮特異的に上昇することが明らかとなった。この遺伝子について解析を進め、表皮局所的なオーキシン生合成が吸器発生初期で重要な役割を担っていることが明らかとなった。さらに、オーキシン輸送体について解析を進め、吸器内部の道管細胞分化のパターンは、オーキシン輸送ネットワークによるダイナミックなオーキシン濃度勾配の形成により制御されていることが示唆された。特にオーキシン流出担体は宿主植物との間の連絡を確立するのに決定的な役割を果たすことが分かった。