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

基于细胞分裂素信息传递的高等植物轴向器官增厚生长控制机制

基本信息

批准号：
19J14593
负责人：
今村美友
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

在本研究中，我们旨在了解细胞分裂素（CK）（一种植物激素）诱导双子叶植物中轴器官（根、花梗）粗壮生长的机制。先前的分析表明，位于CK信号转导系统下游的转录因子LBD3和LBD4控制着控制粗生长并诱导根粗生长的细胞群（侧生分生组织）的活性。今年，我们将开发去年创建的CK合成酶ipt3/5/7三重突变体（ipt突变体：Miyawaki等人（'06）PNAS）和lbd3/4双突变体（ipt3/5/7/lbd3） /4 五重突变体：ipt LBD突变体）根部经CK处理后进行RNA-seq分析，综合分析LBD3/4下游基因。他们发现 92 个 LBD3/4 依赖性基因仅在 ipt lbd 突变体中不再引发 CK 反应。这包括编码参与细胞壁成分调节的蛋白质的多个基因，例如果胶酸裂合酶和扩展蛋白。因此，当我们分析LBD3/4双突变体和LBD3过表达子的根部细胞壁成分时，我们发现，构成细胞外基质多糖的果胶的主要成分半乳糖醛酸和半乳糖的量减少了。然而，它在过表达者中增加。此外，lbd3/4双突变体的根部中央柱的细胞尺寸较小，而LBD3过表达者的下胚轴和根部的中央柱细胞尺寸较大。这些结果表明LBD3/4诱导参与细胞壁成分调节的基因的表达，并通过控制侧细胞伸长来诱导根部生长增厚。此外，还揭示了负责调节侧生分生组织活性的同源盒基因WOX4（Hirakawa等人（'10）植物细胞）和LBD3/4基因在诱导增厚生长的独立途径中发挥作用。