Cell cycle along maize primary root
Maize primary rootは、以前の結果（Alarcón et al, 2016）によって、根冠、頂膜分裂伸長帯、分化帯の限界を示す連続したセグメントに分割された。 RCJから根尖までの距離は457 µmと推定され，根をいくつかのゾーンに分割する前に削除した。 根端分裂帯（MZ）はRCJから根の最頂部1.5mmにあり，移行帯（TZ）は3mmまで続いた。 また，細胞が急速に伸長する高速伸長領域（EZ）は3-6 mmに位置し，6 mmから離れた領域では，細胞の伸長速度が低下し始め，成長停止領域であることが観察された（Verbelen et al, 2006）。 RCJから12-20 mmと20-30 mmに位置するゾーンは分化帯（DF）であり，側根が発生を開始する場所である。 シロイヌナズナでも根の切断は同様に行われ、トウモロコシの根よりも短い5つのセクションに切断された(Cools et al., 2010)。 最近、シロイヌナズナの根に沿った遺伝子発現の差異が報告され、抑制または誘導される遺伝子は、分裂帯から移行帯への変化、および移行帯から伸長帯への変化で主に異なる（Chaiwanon and Wang, 2015）。
root meristemの限界は細胞周期の出口、細胞分裂と細胞伸長のバランスで決定される（Perilli et al.） フローサイトメトリープロファイルは，原根に沿った細胞周期の進行を示し，細胞周期位相上の相対細胞数を示すデータは，いくつかの根のゾーンにおける細胞活性を示す． そのため、細胞が細胞周期を終了すると、細胞周期が停止する可能性がある。 また、一般に、細胞が細胞周期から抜けるのは有糸分裂後であり、新たな細胞周期に入るかどうかは、成長因子や各種ホルモンに応じてG1-S移行点で決定されると考えられている（Gutierrez et al.2002; Inzé and De Veylder, 2006; Polyn et al.）。 2015）。
図1では、30℃で生育した150-160 mmの根において、メリステムは実質的にMZ（RCJから0-1.5 mmのゾーン）に限定されており、G0/G1-期、S-期、G2/M期の細胞の割合はそれぞれ約27、23、39であることが示された（表1）。 Alliumの分裂組織におけるG1, S, G2, Mの相対期間はそれぞれ26.5, 44.5, 16.5, 12.5% (Giménez-Martín et al., 1977) と推定されており、これらの割合は他の種においても非常に類似している。 我々の結果は、トウモロコシの分裂組織はS期にある細胞の割合が低いことを報告しているが、その値（23％）は細胞周期の進行を示すのに十分であった（Reichheldら、1999）。 これらの相対的な割合は、このゾーンで、TZを分析したときに、非常に大きく変化した。 G0/G1期、S期、G2/M期で、それぞれ9、10、68%であった。 この結果は、細胞がRCJから1.5 mmに達した時点で、細胞周期から離れ始めたことを示唆している。 また、EZの割合から、3mmで細胞が細胞周期から外れることが示唆された（Fig.1、Table 1）。 さらに、G0-G1-期とS期の細胞の割合の減少は、G2-M期の増加で補われた（表1、図2）。 これらの結果は、細胞がG2期になると細胞周期を停止することを明確に示している。
根尖に沿ったいくつかの細胞周期期における細胞集団の分布。 根は30℃で水耕栽培し、長さが150-160mmになるようにした。 データは、RCJへの異なる距離におけるパーセンテージの推定において、少なくとも10,000個の細胞を用いた個々の代表的な実験から得られたものである。 実験は3重で行った。
Table 1.
Effect of temperature on the cell cycle in several zones of maize root apex
Temperature effect on cell cycle along maize root apex.である。 20℃と30℃で成長させたトウモロコシの根尖のいくつかのセグメントから細胞を表すDNA含有頻度ヒストグラム。 左列は30℃で生育させた根からのヒストグラム、右列は20℃で生育させた根からのヒストグラムである。 根はいくつかのセグメントに分けられた。 0-1.5 mm (A,G); 1.5-3 mm (B,H); 3-6 mm (C,I); 6-12 mm (D,J); 12-20 mm (E,K) and 20-30 mm (F,L). データは、少なくとも10,000個の細胞を用いた個々の代表的な実験から得られたものである。
ほとんどの種類の細胞はG1期に分裂組織を離れ、最近では側根を開始するために周皮細胞でのみG1-S移行が引き起こされると報告されている（Vanneste et al.、2007）。 シロイヌナズナでは、原基極に隣接する細胞は、移行帯、伸長帯、分化帯を通過する際に、細胞周期を中断せずに進行することが提唱されている（Dubrovsky et al.） これらの細胞は、側根原基を開始するために分裂する唯一の細胞である。 しかし、根を構成する残りの細胞は分裂しない。
我々の解析では、TZとEZにおいてG2期の細胞が顕著に増加していることが確認された。 この結果は、G2期にある分裂組織を離れた細胞は有糸分裂を行わず、このG2期で停止してその中に留まっていることを示唆している。 G1期あるいはS期に分裂組織から出た細胞は、G2期まで細胞周期を続け、そこで停止すると推測される。 これは、MZとTZの間でG0/G1にある細胞の割合の減少（29.7%）を、G2の増加（28.8%）で補っているという観察に基づいている（表1、図2）。 EZとDZの基底端（RCJから20-30mm）の間では、G2割合の弱い減少が見られる。 一方，トウモロコシの頂根のTZは分裂を行わず，このゾーンではポストミトシス核が細胞内の中心位置にあることが報告されている（Baluškaら，2001）． また、根圏に沿って分裂図形は観察されておらず、側根原基の開始はRCJから20-25 mmの間で観察された（Alarcón et al.、2016）。 シロイヌナズナでは，周皮における最古の有糸分裂までの平均距離は3194μmであり，根端から2205μmで最初の有糸分裂が観察されている（Dubrovsky et al, 2001）。 トウモロコシの根では，RCJから20-30 mmのところでのみ，木部と反対側の周皮細胞の一部が凝縮した細胞質を示し，細胞周期に再突入していることが示された（Alarcón et al, 2016）。 これらの違いは，トウモロコシが80～90mm/日伸長するのに対し，シロイヌナズナは10mm/日しか伸長しないため，根の伸長速度が大きいことが原因かもしれない（Dubrovsky et al., 2001）
組織特異的定量顕微鏡解析により，皮質および表皮の一部の細胞が伸長開始時点で第1エンドサイクル（DNA含量4C～8C）であることが明らかとなった． さらに，遷移帯にあるメタ木部要素の核は，急速な伸長の開始時に32Cに達する1〜2回のエンドサイクルを達成していた（Baluška, 1987, 1990; Baluška and Kubica, 1984; Baluška et al, 1995）。 近年、植物では細胞が分化を開始する前にエンドリデュプリケーションが起こることが報告されている（De Veylder et al.、2007）。 しかし、我々は4n以上の核を観察することができなかった。 さらに、もしエンドリデュプリケーションがトウモロコシの根端で一般的なプロセスであるなら、RCJから離れたゾーンを分析するにつれて、倍数体が増加すると予想される。 しかし、伸長ゾーンでは倍数体は増加しないばかりか、減少した（表1）。
周皮細胞は細胞周期に再突入するまでG1期に留まることが報告されている（Vanneste et al.、2007）。 しかし、根端を形成する細胞のうち、周皮細胞はごく一部であり、根端では表皮細胞や皮質細胞が最も多く存在する。 全細胞の約70％がG2期で分裂組織を離れるとすると、表皮細胞と皮質細胞のほとんどは分裂組織を離れるときにG2期にあるはずである。 表皮細胞と皮質細胞の伸長が根の縦方向の成長を制御していると推測される（Alarcón et al.） したがって、根の伸長をもたらす分化過程に関与する細胞は、G2期にあるはずである
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