Remodeling Pollen Gametogenesis System based on the Study of Model Bryophyte
| Project Area | Remodeling Plant Reproduction System by Cell Fate Manipulations. |
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| Project/Area Number |
20H05780
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (III)
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
山岡 尚平 京都大学, 生命科学研究科, 准教授 (00378770)
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| Project Period (FY) |
2020-10-02 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥33,410,000 (Direct Cost: ¥25,700,000、Indirect Cost: ¥7,710,000)
Fiscal Year 2022: ¥10,010,000 (Direct Cost: ¥7,700,000、Indirect Cost: ¥2,310,000)
Fiscal Year 2021: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000)
Fiscal Year 2020: ¥12,480,000 (Direct Cost: ¥9,600,000、Indirect Cost: ¥2,880,000)
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| Keywords | 生殖細胞分化 / 配偶子形成 / 転写因子 / 花粉 / ゼニゴケ / 陸上植物 / 進化 |
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| Outline of Research at the Start |
コケ植物と被子植物のモデルを比較解析することで，陸上植物で進化的に保存された配偶子の分化運命決定メカニズムを明らかにする．シロイヌナズナの分子遺伝学解析とベンサミアナタバコ花粉での１細胞レベルでの解析技術を駆使し，花粉における精細胞形成のメカニズムを解明する．運命決定に関わる転写因子の共発現誘導により，体細胞からの花粉配偶子系列細胞のin vitroでの分化誘導系の構築を試み，植物配偶子形成システムのリモデリングを目指す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、陸上植物において進化的に保存されたbHLH転写因子BONOBO (BNB)の作用機序解明を通じて、花粉における精細胞形成の分子機構と、植物生殖細胞の分化機構の進化的保存性を明らかにするとともに、BNB発現の人為的操作により、配偶子系列細胞の分化誘導系の構築を目指す。
本年度は、BNBと相互作用する進化的に保存されたbHLH転写因子LRL/DROPについて、より詳しい解析を実施した。これまで、シロイヌナズナLRL/DROPは花粉の精細胞形成に必要であることが示されていたが、詳細な作用機序は不明であった。我々は、シロイヌナズナ転写因子の網羅的スクリーニングにより、LRL/DROPがBNBと相互作用するほぼ唯一の転写因子であることを見出した。シロイヌナズナLRL/DROPはBNBと同様に雄原細胞分化に必要であることを示した。ゼニゴケMpLRLはこれまで仮根形成に必要であることが知られていたが、本研究により配偶子器始原細胞の分化と生殖器托発生に必要であることが示された。本研究は、BNB-LRL/DROPが陸上植物において進化的に保存されたヘテロ二量体であり、配偶体から生殖系列細胞を分化させる主要制御因子であることを示したものである。
BNB-LRL/DROPの標的遺伝子の探索・同定のため、標的シス配列を網羅的に調べる解析系を開発した。これを用いた解析の結果、昨年度までに得た標的遺伝子候補の多くをこの解析系においても検出することができた。標的候補遺伝子の中には、カロースなど細胞壁構成成分の代謝酵素が含まれていた。カロース代謝酵素のゲノム編集株は、花粉において異常なカロース蓄積と雄原細胞の取り込み不全を示した。ベンサミアナタバコにおいて複数のBNBオルソログを見出し、その多重変異株は雄原細胞分化に異常を示すことを明らかにした。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(40 results)
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[Presentation] An evolutionarily conserved bHLH heterodimer for germ cell differentiation in the gametophyte of land plants2023
Author(s)
Shohei Yamaoka, Misaki Saito, Ryosuke Momiki, Kazuo Ebine, Yoshihiro Yoshitake, Ryuichi Nishihama, Takuya Miyakawa, Takeshi Nakano, Nobutaka Mitsuda, Takashi Araki, Takayuki Kohchi
Organizer
Taiwan-Japan Plant Biology 2023
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