1. 研究題目

シロイヌナズナを用いた維管束形成機構の分子遺伝学的解析と樹木への応用
A molecular genetic analysis on vascular formation and application for woods.

2. 代表研究者名：
役職：澤進一郎 Shinichiro Sawa

准教授

Associate Professor

所属機関名： 東京大学大学院理学系研究科生物科学専攻
Graduate School of Science, Department of BiologicalSciences, The University of Tokyo
3. 和文アブストラクト
植物は、器官を切除して培養することや、分化全能性をひきだすことが容易であることから、いかにも各器官、組織、細胞が自律分散的に生きているように見える。しかし、中枢神経系を持つ動物のような中央管理型の生命形態ではないにもかかわらず、各器官の間では確実に情報のやりとりを行っており、個体としての統一性を保っている。本研
究では、どのようにして各器官（細胞）の間で情報のやりとりを行っているのか、また、各細胞は、細胞自身の位置情報や、環境、発生プログラムをどのように認識して自分自身を分化させ”個体”を形作っているのかという問題に対して、維管束細胞の形成（分化）の分子遺伝学的な解析を進める。このような細胞（組織）の分化における分子メカニズ
ムの解析結果をふまえて、維管束組織の人工的な分化制御が可能であるかという調査、研究を行っていく。

4. 英文アブストラクト
The plant vascular tissue forms a continuous network throughout the plant bodyand provides transport pathways for water, dissolved materials, and signaling molecules.
Within the leaf of vascular plants, the vascular system is constructed in a complex
venation pattern. Venation shows a rich variety among different groups of plants, but it
has been thought that a common basic mechanism underlies this spatial arrangement.
In this study, we tried to understand the molecular mechanisms of vascularformation, and tried the genetic manipulation on vascular formation in plant.

15-1. 研究目的
維管束は栄養分の通路としての役割を担率を上げる樹木の作出であり、もう一つはリうのみならず、エネルギーや情報のネットワグニン合成を制御するなどした効率的なパルークとしても働き、植物の形作りに重要な役プ生成を可能にする樹木の作出である。これ割を担っている。この維管束は全ての器官にらの改良樹木は将来環境問題解決の鍵となる存在し、それぞれ秩序正しくつながって、血可能性が十分高いと考えられる。

管や神経のように個体全体にネットワークを5-2. 研究経過形成しているが、空間的にどのように維管束5-2-1. gene trap lineの解析を配置するかといった空間認識に関する分子

約 47800 ラインから維管束細胞においてレポメカニズムは全くわかっていない。さらに、ーター活性の観察される 183 ラインから、染維管束形成パターンが決定された後の維管束色パターンによりこれらのラインをクラス分細胞分化機構も未知の部分が多い。維管束細けし、機能を予測した。また、原因遺伝子の胞は物理的に単離することが困難であり、個特定により、個々の因子の解析を進めた。

体レベルでの細胞生理学的な解析はあまり進5-2-2. Xlanase::YFPを用いた解析んでいない。また、培養系を用いた解析は空維管束形成途中のマーカーとなる間的なネットワーク形成に関する解析等に限

Xylanase::YFP レポーター活性が維管束以外界があった。本研究は、シロイヌナズナを用でも検出される突然変異体を単離し、解析をいて、逆遺伝学的、遺伝学的手法を用いた網行った。

羅的な解析を開始することで、維管束形成に5-2-3. 維管束形成を抑制する細胞外関する遺伝子を網羅的に単離することを第一ペプチドの単離・解析の目的としている。第二の目的は環境問題を単離葉肉細胞の液体培養系のうち、葉肉細胞視野に入れた応用的性質を持つ物である。昨を維管束細胞へと分化転換させる系を用いて、今の森林伐採に伴う地球温暖化は地球規模の液体培地中に放出される維管束分化抑制因子極めて重大な環境問題の一つである。”木”のの単離・同定を行った。

改良はこの問題を解決する一つの糸口になる

5.3. 研究成果と考えている。第一の目的として解析した維5-3-1. gene trap lineの解析

管束形成における基礎データーにより、どのgene trap line スクリーニングの結果、GM 細ような遺伝子がどのような改良につながるか胞から染色されるラインが３ライン、前形成は容易に予測可能となる。この基礎データー

層細胞から染色される２ラインが得られた。

をもとにしてポプラ（遺伝子操作が可能であこれらの原因遺伝子を全て特定し、プロモーる樹木）等の材質改良が第二の目的である。

ター::GUS ライン作製により、ジーントラッ

改良のポイントとしては２つある。一つは、プラインによる発現パターンを確認した。そ温暖化現象の根本である二酸化炭素の固定効のうちの１ラインは葉酸のグルタミン酸鎖切2制する機能を持つことが明らかとなった。

断酵素であり、葉酸が維管束形成を含む未分次に、この TDIF の単離を行った。TDIF を化細胞から成熟状態への分化過程に関与することを分子遺伝学的に証明した。

管状要素分化系の生物検定を指標として精製

5-3-2. Xlanase::YFPを用いた解析

し、MS/MS 解析を行った結果、TDIF はヒドロ

維管束での発現が見られるマーカー遺伝子がキシル化プロリンを２残基含む 12 アミノ酸

異所的に発現するシロイヌナズナの突然変異から成るペプチド, HEVHypSGHypNPISN, であ体、ate を単離した。この突然変異体では葉ることが明らかになった。の非維管束細胞での異所的な Xylanase 遺伝

TDIF の構造をもとに化学合成した TDIF は数十子発現が観察される他、リグニンの異所的なpM という低い濃度で機能的することが明らかとな沈着などの表現型が観察され、維管束細胞がった。化学合成したペプチドが機能的であること異所的に分化していることを示唆した。これから、様々な合成ペプチドの機能を検討した。そらから、ATE 遺伝子は維管束分化を負に制御の結果、二つのヒドロキシル化は活性に不必要する因子であることが明らかになった。また、であること、TDIF の前駆体の C 末に存在するアル

この遺伝子発現を制御することでリグニン沈ギニンを付加すると、成熟型に比べて活性が着を人為的に操作する可能性も示唆された。

15％程度に低下することが明らかとなった。

5-3-3. 維管束形成を抑制する細胞外5-4. 今後の課題と発展ペプチドの単離・解析

今後、これらのペプチドがどのように関与し、我々は、オーキシンのみを含む培地で単離葉空間的に維管束を配置していくのかをさらに肉細胞を培養した培地成分中に管状要素分化解析し、最終的には維管束パターン形成を人を阻害する高い活性があることを見いだし、為的に操作することを目指す。その結果としこのような管状要素の分化阻害因子を TDIFて、より強度の高い樹木へと改良し、リグニと名付けた。TDIF は管状要素分化を阻害するン合成を施す。リグニンはバクテリアなどにが、単離葉肉細胞の分裂活性は逆に促進してよる代謝の難しい炭酸同化産物であるため、おり、TDIF が細胞に毒性的な影響を与えてい大気中の二酸化炭素を分解されない形で固定るわけではなく、分化過程を特異的に抑制すすることが可能となる。その結果として、大る因子であることが示唆された。TDIF によっ気中の二酸化炭素濃度は激減するはずである。て管状要素分化を抑制し、これらステージマ

一方でリグニン沈着を抑制した木はパルプのーカー遺伝子の発現プロファイルを調べたと原料として環境負荷の小さい物となるであろ

ころ、ステージ 2 のマーカー遺伝子群の発現う。今後これらの応用的目標のためにもさらは誘導されていたものの、管状要素分化の最なる基礎データーの蓄積とモデル樹木を用い終段階であるステージ 3 のマーカー遺伝子はた検証を進めていこうと考えている。

発現しなかった。このことから、TDIF はステ

5-5. 発表論文リストージ 2 の管状要素前駆細胞の状態で分化を抑

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