葉における側方原基形成の方向性決定機構の解析

叶片侧向原基形成的方向性决定机制分析

基本信息

批准号：
09J06773
负责人：
池内桃子
金额：
$ 1.34万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

自然界に見られる生物の形態多様性を生み出す発生基盤の解明は、生物学における重要な課題のひとつである。本研究では植物の葉について、その解明を目指した。葉の複雑な形態が形成される過程では、葉原基の辺縁領域に小葉の原基が方向性をもって形成される。形成方向は種によって異なっており、その違いは形態多様性を生み出す大きな要因になっている。近年の研究で、小葉形成に必須の転写因子群や植物ホルモンが明らかになってきている一方、小葉形成の方向を決める機構は、ほとんど理解されていない。そこで本研究では、小葉形成方向決定機構の解明を目的とし、同一の科に属し比較的近縁でありながら方向性の異なる二種(求頂的なタイプのハナビシソウと求基的なタイプのクサノオウ)を材料として選定して多角的なアプローチで発生学的解析を進めた。私は、なんらかの発生要因に勾配があることを想定し、特に葉原基の成長速度と、組織の分化状態について検討した。まず、葉原基の成長を経時的に観察する実験系を構築し、成長速度の測定を行った。その結果、ハナビシソウでは葉の先端側の成長速度が高く小葉形成方向を説明できる結果が得られたものの、クサノオウでは合わない結果となった。次に、SEMを用いた表皮構造の詳細な解析を行ったところ、クサノオウでは小葉形成中の発生段階において求基的な表皮組織の分化(トライコーム形成)が認められた。さらに、qRT-PCR法により小葉形成中のごく若い葉原基を用いて遺伝子発現解析を行ったところ、組織分化状態のマーカー遺伝子と考えられるCINCINNATA遺伝子の発現が、クサノオウでは葉の先端側で上昇していることが認められた一方、ハナビシソウではこの発生段階では発現上昇は認められなかった。以上の結果から、ハナビシソウでは成長速度の勾配、クサノオウでは組織分化状態の勾配がそれぞれの種で方向性をもった小葉形成を司っているのではないかという可能性が示唆された。

阐明自然界中生物体形态多样性的发育基础是生物学的重要挑战之一。在这项研究中，我们的目的是阐明植物叶子的性质。在形成复杂的叶片形态的过程中，小叶原基在叶原基的边缘区域定向形成。形成的方向因物种而异，这种差异是创造形态多样性的主要因素。虽然最近的研究揭示了一组对于小叶形成至关重要的转录因子和植物激素，但人们对决定小叶形成方向的机制知之甚少。因此，在本研究中，我们旨在阐明决定小叶形成方向的机制，并重点研究了属于同一科且相对相关但方向不同的两个物种：白屈菜的顶端型和基部型白屈菜）被选为材料，并使用多方面的方法进行胚胎学分析。我假设某些发育因素存在梯度，并专门研究了叶原基的生长速度和组织分化的状态。首先，我们构建了一个实验系统来观察叶原基随时间的生长情况，并测量生长速度。结果表明，白屈菜叶尖的生长速率较高，这可以解释小叶形成的方向，但结果与白屈菜不相符。接下来，我们利用SEM对表皮结构进行了详细分析，发现白屈菜在小叶形成的发育阶段发生了表皮组织的基底样分化（毛状体形成）。此外，当我们使用小叶形成过程中非常幼小的叶原基使用qRT-PCR分析基因表达时，我们发现CINCINNATA基因（被认为是组织分化状态的标记基因）的表达在另一方面，在白屈菜果皮的这个发育阶段没有观察到表达增加。这些结果表明，白屈菜生长速率的梯度和白屈菜组织分化状态的梯度可能是每个物种定向小叶形成的原因。