解説

植物の通道細胞進化を転写因子から読み解く
道管要素と師部要素の分化を制御するマスター転写因子の研究から

Vol.56 No.5 Page. 353 - 363 (published date : 2018年4月20日)
秋吉 信宏1, 出村 拓1,2, 大谷 美沙都1,2
  1. 奈良先端科学技術大学院大学
  2. 理化学研究所環境資源科学研究センター
vol56_5

 

概要原稿

現在陸上で見られる生存圏の確立と繁栄は，古生代中期にあたる4億8千万年前から3億6千万年前の間に起こった，初期の植物による陸上進出に端を発する．陸上化の直後に起こったと考えられる形態と細胞機能の多様化を経て，陸上植物は水や栄養を効率的に運び，全身へと送り届けるための長距離輸送システムとして通導組織を発達させた．一般的に，通導組織の構成要素は，土壌中の水や無機塩類を運ぶ水輸送細胞（water-conducting cell）と，植物自身が作り出した炭水化物やアミノ酸を輸送する栄養輸送細胞（food-conducting cell）である(1～4)．水輸送細胞と栄養輸送細胞の輸送効率は，植物の生育や生産能力に直接的に影響を与える重要な要素であり，植物はその進化の過程でさまざまなタイプの通道細胞を作り出してきた．なかでも，最も成功した陸上植物の輸送システムが，現存する維管束植物がもつ，木部と師部から構成される維管束組織である．木部は管状要素，木部繊維，そして柔細胞を含む複合組織であり，水は管状要素が連なってできる仮道管あるいは道管によって輸送される(5～7)．師部組織もまた，師部要素，伴細胞，師部繊維，および柔細胞からなる複合的な組織である．師部要素は連結して師管を形成し，有機栄養素の輸送を担っている(2, 4)．近年のシロイヌナズナ（Arabidopsis thaliana）を中心とした分子遺伝学的研究の進展によって，維管束幹細胞から管状要素と師部要素への分化を制御する転写ネットワークが明らかになりつつある(8～10)．本稿では，管状要素と師部要素の分化制御機構について主に転写因子の視点から最新知見を概説し，植物の通道細胞の進化についてマスター制御転写因子を中心とした視点で論じたい．

リファレンス

  1. 1) R. Ligrone, J. G. Duckett & K. S. Renzaglia: Ann. Bot. (Lond.), 109, 851 (2012).
  2. 2) W. J. Lucas, A. Groover, R. Lichtenberger, K. Furuta, S. R. Yadav, Y. Helariutta, X. Q. He, H. Fukuda, J. Kang, S. M. Brady et al.: J. Integr. Plant Biol., 55, 294 (2013).
  3. 3) J. A. Raven: Plant Cell Environ., 26, 73 (2003).
  4. 4) A. J. E. van Bel: Plant Cell Environ., 26, 125 (2003).
  5. 5) Myburg AA, Sederoff RR: eLS (2001).
  6. 6) M. Schuetz, R. Smith & B. Ellis: J. Exp. Bot., 64, 11 (2013).
  7. 7) J. S. Sperry: Int. J. Plant Sci., 164(S3), S115 (2003).
  8. 8) S. Miyashima, J. Sebastian, J. Y. Lee & Y. Helariutta: EMBO J., 32, 178 (2013).
  9. 9) K. M. Furuta, E. Hellmann & Y. Helariutta: Annu. Rev. Plant Biol., 65, 607 (2014a).
  10. 10) B. De Rybel, A. P. Mahonen, Y. Helariutta & D. Weijers: Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 17, 30 (2016).
  11. 11) R. Ligrone, J. G. Ducket & K. S. Renzaglia: Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci., 355, 795 (2000).
  12. 12) B. Xu, M. Ohtani, M. Yamaguchi, K. Toyooka, M. Wakazaki, M. Sato, M. Kubo, Y. Nakano, R. Sano, Y. Hiwatashi et al.: Science, 343, 1505 (2014).
  13. 13) R. J. Thomas, E. M. Schiele & D. C. Scheirer: Am. J. Bot., 75, 275 (1988).
  14. 14) S. Baima, M. Possenti, A. Matteucci, E. Wisman, M. M. Altamura, I. Ruberti & G. Morelli: Plant Physiol., 126, 643 (2001).
  15. 15) Y. Hirakawa, Y. Kondo & H. Fukuda: Plant Cell, 22, 2618 (2010).
  16. 16) J. P. Etchells, C. M. Provost, L. Mishra & S. R. Turner: Development, 140, 2224 (2013).
  17. 17) Y. Hirakawa, H. Shinohara, Y. Kondo, A. Inoue, I. Nakanomyo, M. Ogawa, S. Sawa, K. Ohashi-Ito, Y. Matsubayashi & H. Fukuda: Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 105, 15208 (2008).
  18. 18) J. P. Etchells & S. R. Turner: Development, 137, 767 (2010).
  19. 19) K. Ohashi-Ito & D. C. Bergmann: Development, 134, 2959 (2007).
  20. 20) B. De Rybel, B. Moller, S. Yoshida, I. Grabowicz, P. Barbier de Reuille, S. Boeren, R. S. Smith, J. W. Borst & D. Weijers: Dev. Cell, 24, 426 (2013).
  21. 21) H. Katayama, K. Iwamoto, Y. Kariya, T. Asakawa, T. Kan, H. Fukuda & K. Ohashi-Ito: Curr. Biol., 25, 3144 (2015).
  22. 22) F. Vera-Sirera, B. De Rybel, C. Urbez, E. Kouklas, M. Pesquera, J. C. Alvarez-Mahecha, E. G. Minguet, H. Tuominen, J. Carbonell, J. W. Borst et al.: Dev. Cell, 35, 432 (2015).
  23. 23) M. Bonke, S. Thitamadee, A. P. Mahonen, M. T. Hauser & Y. Helariutta: Nature, 426, 181 (2003).
  24. 24) M. Kubo, M. Udagawa, N. Nishikubo, G. Horiguchi, M. Yamaguchi, J. Ito, T. Mimura, H. Fukuda & T. Demura: Genes Dev., 19, 1855 (2005).
  25. 25) M. Yamaguchi, M. Kubo, H. Fukuda & T. Demura: Plant J., 55, 652 (2008).
  26. 26) H. Endo, M. Yamaguchi, T. Tamura, Y. Nakano, N. Nishikubo, A. Yoneda, K. Kato, M. Kubo, S. Kajita, Y. Katayama et al.: Plant Cell Physiol., 56, 242 (2015).
  27. 27) Y. Nakano, M. Yamaguchi, H. Endo, N. A. Rejab & M. Ohtani: Front. Plant Sci., 6, 288 (2015).
  28. 28) J. Zhou, R. Zhong & Z. H. Ye: PLOS ONE, 9, e105726 (2014).
  29. 29) K. Ohashi-Ito, Y. Oda & H. Fukuda: Plant Cell, 22, 3461 (2010).
  30. 30) R. Zhong, C. Lee & Z. H. Ye: Mol. Plant, 3, 1087 (2010).
  31. 31) M. Yamaguchi, N. Mitsuda, M. Ohtani, M. Ohme-Takagi, K. Kato & T. Demura: Plant J., 66, 579 (2011).
  32. 32) R. Zhong, E. A. Richardson & Z. H. Ye: Plant Cell, 19, 2776 (2007).
  33. 33) J. H. Ko, W. C. Kim & K. H. Han: Plant J., 60, 649 (2009).
  34. 34) R. L. McCarthy, R. Zhong & Z. H. Ye: Plant Cell Physiol., 50, 1950 (2009).
  35. 35) J. Grima-Pettenati, M. Soler, E. Camargom & H. Wang: Advances in botanical research, Vol. 61, Burlington: Academic Press, 2012, pp. 173-218.
  36. 36) N. Mitsuda, M. Seki, K. Shinozaki & M. Ohme-Takagi: Plant Cell, 17, 2993 (2005).
  37. 37) N. Mitsuda, A. Iwase, H. Yamamoto, M. Yoshida, M. Seki, K. Shinozaki & M. Ohme-Takagi: Plant Cell, 19, 270 (2007).
  38. 38) R. Zhong, T. Demura & Z. H. Ye: Plant Cell, 18, 3158 (2006).
  39. 39) V. Willemsen, M. Bauch, T. Bennett, A. Campilho, H. Wolkenfelt, J. Xu, J. Haseloff & B. Scheres: Dev. Cell, 15, 913 (2008).
  40. 40) T. Bennett, A. van den Toorn, G. F. Sanchez-Perez, A. Campilho, V. Willemsen, B. Snel & B. Scheres: Plant Cell, 22, 640 (2010).
  41. 41) M. Ohtani, N. Nishikubo, B. Xu, M. Yamaguchi, N. Mitsuda, N. Goue, F. Shi, M. Ohme-Takagi & T. Demura: Plant J., 67, 499 (2011).
  42. 42) P. B. Talbert, H. T. Adler, D. W. Parks & L. Comai: Development, 121, 2723 (1995).
  43. 43) A. Carlsbecker, J. Y. Lee, C. J. Roberts, J. Dettmer, S. Lehesranta, J. Zhou, O. Lindgren, M. A. Moreno-Risueno, A. Vaten, S. Thitamadee et al.: Nature, 465, 316 (2010).
  44. 44) S. Miyashima, S. Koi, T. Hashimoto & K. Nakajima: Development, 138, 2303 (2011).
  45. 45) T. Soyano, S. Thitamadee, Y. Machida & N. H. Chua: Plant Cell, 20, 3359 (2008).
  46. 46) K. M. Furuta, S. R. Yadav, S. Lehesranta, I. Belevich, S. Miyashima, J. O. Heo, A. Vaten, O. Lindgren, B. De Rybel, G. Van Isterdael et al.: Science, 345, 933 (2014).
  47. 47) M. Ashburner, C. A. Ball, J. A. Blake, D. Botstein, H. Butler, J. M. Cherry, A. P. Davis, K. Dolinski, S. S. Dwight, J. T. Eppig et al.; The Gene Ontology Consortium: Nat. Genet., 25, 25 (2000).
  48. 48) Gene Ontology Consortium: Nucleic Acids Res., 43(D1), D1049 (2015).
  49. 49) X. Li, H. X. Wu & S. G. Southerton: BMC Evol. Biol., 10, 190 (2010).
  50. 50) A. N. Olsen, H. A. Ernst, L. L. Leggio & K. Skriver: Trends Plant Sci., 10, 79 (2005).
  51. 51) H. Ooka, K. Satoh, K. Doi, T. Nagata, Y. Otomo, K. Murakami, K. Matsubara, N. Osato, J. Kawai, P. Carninci et al.: DNA Res., 10, 239 (2003).
  52. 52) M. Nuruzzaman, R. Manimekalai, A. M. Sharoni, K. Satoh, H. Kondoh, H. Ooka & S. Kikuchi: Gene, 465, 30 (2010).
  53. 53) R. Hu, G. Qi, Y. Kong, D. Kong, Q. Gao & G. Zhou: BMC Plant Biol., 10, 145 (2010).
  54. 54) S. G. Hussey, M. N. Saidi, C. A. Hefer, A. A. Myburg & J. Grima-Pettenati: New Phytol., 206, 1337 (2015).
  55. 55) J. L. Bowman, T. Kohchi, K. T. Yamato, J. Jenkins, S. Shu, K. Ishizaki, S. Yamaoka, R. Nishihama, Y. Nakamura, F. Berger et al.: Cell, 171, 287 (2017).
  56. 56) N. Baranowskij, C. Frohberg, S. Prat & L. Willmitzer: EMBO J., 13, 5383 (1994).
  57. 57) A. Rose, I. Meier & U. Wienand: Plant J., 20, 641 (1999).
  58. 58) V. Rubio, F. Linhares, R. Solano, A. C. Martin, J. Iglesias & A. Leyva: Genes Dev., 15, 2122 (2001).
  59. 59) C. Zhao, A. Hanada, S. Yamaguchi, Y. Kamiya & E. P. Beers: Plant J., 66, 502 (2011).
  60. 60) R. Zhong, C. Lee & Z. H. Ye: Plant Physiol., 152, 1044 (2010b).
  61. 61) R. Zhong, C. Lee, R. L. McCarthy, C. K. Reeves, E. G. Jones & Z. H. Ye: Plant Cell Physiol., 52, 1856 (2011).
  62. 62) E. R. Valdivia, M. T. Herrera, C. Gianzo, J. Fidalgo, G. Revilla, I. Zarra & J. Sampedro: J. Exp. Bot., 64, 1333 (2013).
  63. 63) K. Yoshida, S. Sakamoto, T. Kawai, Y. Kobayashi, K. Sato, Y. Ichinose, K. Yaoi, M. Akiyoshi-Endo, H. Sato, T. Takamizo et al.: Front. Plant Sci., 4, 383 (2013).
  64. 64) Y. Kondo, A. M. Nurani, C. Saito, Y. Ichihashi, M. Saito, K. Yamazaki, N. Mitsuda, M. Ohme-Takagi & H. Fukuda: Plant Cell, 28, 1250 (2016).
  65. 65) M. Ohtani, N. Akiyoshi, Y. Takenaka, R. Sano & T. Demura: J. Exp. Bot., 68, 17 (2017).
  66. 66) P. Lamesch, T. Z. Berardini, D. Li, D. Swarbreck, C. Wilks, R. Sasidharan, R. Muller, K. Dreher, D. L. Alexander, M. Garcia-Hernandez et al.: Nucleic Acids Res., 40(D1), D1202 (2012).
  67. 67) Amborella Genome Project: Science, 342, 1241089 (2013).
  68. 68) B. Nystedt, N. R. Street, A. Wetterbom, A. Zuccolo, Y. C. Lin, D. G. Scofield, F. Vezzi, N. Delhomme, S. Giacomello, A. Alexeyenko et al.: Nature, 497, 579 (2013).
  69. 69) J. A. Banks, T. Nishiyama, M. Hasebe, J. L. Bowman, M. Gribskov, C. dePamphilis, V. A. Albert, N. Aono, T. Aoyama, B. A. Ambrose et al.: Science, 332, 960 (2011).
  70. 70) S. A. Rensing, D. Lang, A. D. Zimmer, A. Terry, A. Salamov, H. Shapiro, T. Nishiyama, P. F. Perroud, E. A. Lindquist, Y. Kamisugi et al.: Science, 319, 64 (2008).
  71. 71) C. Ju, B. Van de Poel, E. D. Cooper, J. H. Thierer, T. R. Gibbons, C. F. Delwiche & C. Chang: Nat. Plants, 1, 14004 (2015).
  72. 72) R. E. Timme & C. F. Delwiche: BMC Plant Biol., 10, 96 (2010).
  73. 73) K. Hori, F. Maruyama, T. Fujisawa, T. Togashi, N. Yamamoto, M. Seo, S. Sato, T. Yamada, H. Mori, N. Tajima et al.: Nat. Commun., 5, 3978 (2014).
  74. 74) B. Palenik, J. Grimwood, A. Aerts, P. Rouze, A. Salamov, N. Putnam, C. Dupont, R. Jorgensen, E. Derelle, S. Rombauts et al.: Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 104, 7705 (2007).
  75. 75) E. Derelle, C. Ferraz, S. Rombauts, P. Rouze, A. Z. Worden, S. Robbens, F. Partensky, S. Degroeve, S. Echeynie, R. Cooke et al.: Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 103, 11647 (2006).
  76. 76) S. S. Merchant, S. E. Prochnik, O. Vallon, E. H. Harris, S. J. Karpowicz, G. B. Witman, A. Terry, A. Salamov, L. K. Fritz-Laylin, L. Marechal-Drouard et al.: Science, 318, 245 (2007).


本文はトップページからログインをして頂くと表示されます。