研究の目的
植物の細胞質分裂の過程は、動物細胞では見られない細胞板形成という植物特異的なプロセスを有する。
このプロセスを人為的に制御することは作物生産分野において新たな基盤技術となると考えられるが、その分子メカニズムについてはほとんど明らかにされていない。本研究では、ゲノム解析の進んでいるシロイヌナズナ、生化学的実験に適したタバコの培養細胞を用いて、植物の細胞質分裂に関わる制御因子の同定と機能解析を行い、植物の細胞質分裂機構の全容を明らかにすることを目的とする。また、その成果から、植物体の成長や分化の仕組みをより深く理解するとともに、新たな分子育種法確立の可能性を探ることを目指す。
研究項目及び実施体制(◎は研究代表者)
- NACK/NPK1 複合体による細胞質分裂の制御に関する研究
(◎町田泰則/名古屋大学理学研究科) - 腫瘍形成遺伝子 6b による細胞増殖の誘導機構の研究
(上野宜久、◎町田泰則/名古屋大学理学研究科)
研究の内容及び主要成果
- NACK/NPK複合体より開始される細胞質分裂の制御に関与するMAPKカスケードの主要な制御因子を同定し、その分子的特性を明らかにした。
- 生化学的解析と網羅的なプロテオーム解析により、このカスケードの下流因子を複数同定した。この中で微小管結合タンパク質MAP65については、MAPKによるリン酸化がMAP65の機能制御において重要な役割を果たすことを明らかにし、MAPキナーゼカスケードと細胞質分裂を結ぶ分子メカニズムの一端を示すことができた。
- NPK1はNACK1と直接結合することにより活性化するが、この結合はCDKによるリン酸化により制御されていることが明らかとなった。
- 腫瘍形成因子6bタンパク質の細胞内局在や試験管内での機能を明らかにし、細胞増殖にクロマチン構造の制御を介した機構が存在する可能性を示した。
見込まれる波及効果
植物の細胞質分裂を制御するカスケードの全体像を明らかにしたことは、分子育種などの分野で新しい展開をするための基礎的知見となる。今後、特異的な細胞で、同定したカスケードの因子のバランスのとれた制御ができる技術が開発されれば、農業における生産性の向上や優良形質の維持を図る上で大きな貢献が期待できる。
主な発表論文
- Soyano T., et al.: NQK1/NtMEK1 is a MAPKK that acts in the NPK1 MAPKKK-mediated MAPK cascade and is required for plant cytokinesis. Genes Dev. 17: 1055-1067 (2003)
- Araki S., et al.: Mitotic cyclins stimulate the activity of c-Myb-like factors for transactivation of G2/M phase-specific genes of tobacco. J. Biol. Chem. 279: 32979-32988 (2004)
- Tanaka H., et al.: The AtNACK1/HINKEL and STUD/TETRASPORE/AtNACK2 genes, which encode functionally redundant kinesins, are essential for cytokinesis in Arabidopsis. Genes to Cells 9: 1199-1211 (2004)
- Sasabe M., et al.: Phosphorylation of NtMAP65-1 by a MAP kinase down-regulates its activity of microtubule bundling and stimulates progression of cytokinesis of tobacco cells. Genes Dev. 20: 1004-1014 (2006)
- Sasabe M., Machida Y.: MAP65: a bridge linking a MAP kinase to microtubule turnover. Curr. Opin. Plant Biol. 9: 563-570 (2006)
- Terakura S. et al.: Oncogene 6b from Agrobacterium tumefaciens induces abaxial cell division at late stages of leaf development and modifies vascular development in petioles. Plant Cell Physiol. 47: 664-672 (2006)
研究のイメージ
