植物の葉細胞が幹細胞に変わる仕組み 〜DNAのたたみ方を段階的に変えるメカニズムの発見〜

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2025-08-08 基礎生物学研究所,総合研究大学院大学

基礎生物学研究所と総合研究大学院大学の研究チームは、コケ植物ヒメツリガネゴケを用い、葉細胞が幹細胞に変化する「リプログラミング」の仕組みを解明しました。2万個以上の細胞を解析した結果、傷を受けた葉細胞ではクロマチンが全体的にゆるみ、多くの遺伝子が働きやすい準備状態になることを発見。続いてステミン転写因子が幹細胞化に必要な遺伝子のクロマチンを選択的にさらに開き、遺伝子を活性化させる二段階の過程で幹細胞化が進むことを明らかにしました。ステミンは多くの植物にも存在するため、この仕組みは農作物の再生促進技術などへの応用が期待されます。成果は2025年8月1日付The Plant Journalに掲載。

植物の葉細胞が幹細胞に変わる仕組み 〜DNAのたたみ方を段階的に変えるメカニズムの発見〜

<関連情報>

STEMIN転写因子は、苔類Physcomitrium patensの再プログラム化过程中、緩やかなクロマチン状態において遺伝子活性化のための選択的なクロマチン再編成を促進する STEMIN transcription factor drives selective chromatin remodeling for gene activation within a relaxed chromatin during reprogramming in the moss Physcomitrium patens

Ruan Morné de Villiers, Gergo Palfalvi, Akinori Kanai, Yutaka Suzuki, Mitsuyasu Hasebe, Masaki Ishikawa
The Plant Journal  Published: 01 August 2025
DOI:https://doi.org/10.1111/tpj.70386

SUMMARY

Land plants exhibit remarkable cellular plasticity, readily reprogramming differentiated cells into stem cells in response to internal and external stimuli. While chromatin remodeling is crucial for cellular reprogramming, its interplay with gene expression during reprogramming into stem cells remains elusive. In the moss Physcomitrium patens, wounding induces reprogramming of leaf cells facing wounded cells to change into chloronema apical stem cells through the activation of the AP2/ERF transcription factor STEMIN. In this study, we employed multimodal single-nuclei RNA and ATAC sequencing to explore the interplay between gene expression and chromatin dynamics during STEMIN-mediated reprogramming. Profiling 20 883 single-nuclei from gametophores, protonemata, and cut leaves, we identified 11 distinct cell types including reprogramming leaf cells. Our analysis revealed that reprogramming leaf cells exhibit a partly relaxed chromatin landscape and STEMIN transcription factors selectively enhance accessibility at specific genomic loci essential for stem cell formation. Thus, our results indicate that wounding initiates a broad chromatin relaxation, creating a permissive environment and specific transcription factors act to refine this permissive state by specifically relaxing chromatin regions critical for reprogramming.

細胞遺伝子工学
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