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Molecular dynamic mechanism of the sexual selection core in the plant hermaphroditism

Planned Research

Project AreaGenomic dynamics underlying the plastic hermaphroditism in plants: the basis of exploratory reproductive adaptations.
Project/Area Number 22H05174
Research Category

Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Transformative Research Areas, Section (III)
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

藤井 壮太  東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (90716713)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 加藤 義宣  東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 助教 (10869390)
草野 修平  国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 研究員 (80759291)
櫻庭 俊  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子生命科学研究所, 上席研究員 (90647380)
Project Period (FY) 2022-06-16 – 2027-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2025)
Budget Amount *help
¥103,350,000 (Direct Cost: ¥79,500,000、Indirect Cost: ¥23,850,000)
Fiscal Year 2025: ¥19,760,000 (Direct Cost: ¥15,200,000、Indirect Cost: ¥4,560,000)
Fiscal Year 2024: ¥19,370,000 (Direct Cost: ¥14,900,000、Indirect Cost: ¥4,470,000)
Fiscal Year 2023: ¥20,150,000 (Direct Cost: ¥15,500,000、Indirect Cost: ¥4,650,000)
Fiscal Year 2022: ¥24,050,000 (Direct Cost: ¥18,500,000、Indirect Cost: ¥5,550,000)
Keywords植物 / 生殖 / タンパク質間相互作用 / 有機化学 / 分子動力学 / MDシミュレーション / 受精前障壁 / 自他識別 / 種間障壁
Outline of Research at the Start

動けない植物は進化の過程で他殖と自殖を切り替えられる「両性花システム」を創出した.それと同時に、雌しべに運ばれてくる同種・異種、自己・非自己の花粉の中からふさわしいものを選択する機構が構築され、広範な地球環境へ適応進出するための繁殖戦略を生み出す基礎となった.しかしながら、その多次元の花粉選択の分子動態と、それが植物進化に与えるインパクトは未解明である.本研究では、【課題1】で、異種を排除し同種 受精を保障する生殖選択分子による細胞膜や転写制御の動態を解明する.さらに、【課題2】では自他花粉の識別機構の鍵タンパク質分子の活性、構造の理解を元に、被子植物のゲノム進化動態との連動を明らかにする.

Outline of Annual Research Achievements

【課題1】異種排除コア因子による雌しべ細胞動態の制御:2023度は,転写制御因子SPRI2 の機能解析について研究を進め,成果報告した(Fujii et al Nature Plants 2023).SPRI2の転写結合活性については伊藤班と領域内で共同研究を行い,SPRI2の核内における液―液相分離構造体の形成メカニズムを明らかにした.また,SPRI2の相互作用因子を見出しつつあり,現在その機能解析を行なっている(Ito et al in preparation).また,SPRI2と同じく異種排除に関わる細胞膜タンパク質SPRI1についても論文を投稿した他(Kato et al biorxiv 2023, 投稿中),タンパク質構造解析を進めている.そして,花粉因子GRPやその他の花粉因子(Tangpranomkorn et al biorxiv 2022, 論文投稿中)についても機能分化解析を進めた.GRPに関してはMDシミュレーションの系を立ち上げ,実験と同時並行により天然変性領域の機能解明を目指している.
【課題2】自他識別機構コア分子の構造活性相関とゲノム進化:2023度は白澤班との領域内共同研究により,10系統のペチュニアについて近T2Tレベルのゲノム解析を完了した.その結果,S遺伝子座がセントロメアを内包していることが明らかになりつつある.また,多数のトランスポゾンがS遺伝子座の維持に関わることが見出せつつある.今後は,S遺伝子座の進化駆動力を支えるゲノム構造を追求する.また,S-RNaseの機能解析から,基質特異性があることが明らかになってきた.今後はMDシミュレーションや本研究で見出してきた特異的阻害剤を用いてS-RNaseの動作原理を明らかにする.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

課題1のSPRI2の機能解析については当初の目標を越え、SPRI2とその下流因子に関わる論文を公表した.また、SPRI1に関しても複合体の構造が明らかになりつつあり、こちらも現在論文投稿準備中である.課題2のS-RNaseの機能解析 については、阻害活性がある化合物が複数得られつつあり、さらにS-RNaseの予想外の機能特異性を発見しつつある.

Strategy for Future Research Activity

【課題1】異種排除コア因子による雌しべ細胞動態の制御
今後は、SPRI1複合体の高次構造を解明し,論文公表を目指す.また、SPRI1複合体に含まれる協調因子の候補についても機能解析を進めており、現象との関連を明らかにする.GRPに関しては、複数の分子種の機能比較の解析を進めており、天然変性領域のもつ役割について精査する.
【課題2】自他識別機構コア分子の構造活性相関とゲノム進化
T2Tレベルのゲノムが明らかになってきたため,引き続き、セントロメ アヒストンとS遺伝子座の関係性や、配列の進化について多角的な解析を行う.また、S-RNaseの塩基認識特異性についても特異的阻害化合物の機能解析を行ってきた他に,新たにS-RNaseを阻害する天然物を見出しつつある.RNA分解特異性については網羅的なアッセイ系を構築しつつあり,多様な植物から単離されたS-RNaseの活性を比較する.

Report

(2 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (27 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 3 results) Presentation (22 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 3 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] SHI family transcription factors regulate an interspecific barrier2023

    • Author(s)
      Fujii Sota、Yamamoto Eri、Ito Seitaro、Tangpranomkorn Surachat、Kimura Yuka、Miura Hiroki、Yamaguchi Nobutoshi、Kato Yoshinobu、Niidome Maki、Yoshida Aya、Shimosato-Asano Hiroko、Wada Yuko、Ito Toshiro、Takayama Seiji
    • Journal Title

      Nature Plants

      Volume: 9 Issue: 11 Pages: 1862-1873

    • DOI

      10.1038/s41477-023-01535-5

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A land plant specific VPS13 mediates polarized vesicle trafficking in germinating pollen2022

    • Author(s)
      Tangpranomkorn Surachat、Igarashi Motoko、Ishizuna Fumiko、Kato Yoshinobu、Suzuki Takamasa、Fujii Sota、Takayama Seiji
    • Journal Title

      biorxiv

      Volume: - Pages: 1-40

    • DOI

      10.1101/2022.11.01.514778

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Open Access
  • [Journal Article] A phase-separated transcription factor regulates an interspecific barrier2022

    • Author(s)
      Fujii Sota、Yamamoto Eri、Tangpranomkorn Surachat、Kimura Yuka、Miura Hiroki、Yamaguchi Nobutoshi、Niidome Maki、Shimosato-Asano Hiroko、Kato Yoshinobu、Wada Yuko、Ito Toshiro、Takayama Seiji
    • Journal Title

      Research square

      Volume: - Pages: 1-39

    • DOI

      10.21203/rs.3.rs-2015853/v1

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Open Access
  • [Journal Article] Plant physiology: ATP at the center of self-recognition2022

    • Author(s)
      Fujii Sota
    • Journal Title

      Current Biology

      Volume: 32 Issue: 18 Pages: R962-R964

    • DOI

      10.1016/j.cub.2022.08.004

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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Molecular Basis of Multi-Stage Reproductive Barriers in Plants2024

    • Author(s)
      Sota Fujii
    • Organizer
      International Plant & Animal Genome Conference (PAG 31)
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  • [Presentation] シロイヌナズナ属における花粉管受容および拒絶機構の解析2024

    • Author(s)
      長江拓也,藤井壮太
    • Organizer
      第65回日本植物生理学会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] アブラナ科植物における種間不和合性制御因子SPRI2の機能解析2024

    • Author(s)
      伊藤星太郎,山本絵里,Surachat Tangpranomkorn,木村友香,加藤義宣,新留真紀,高山誠司,藤井壮太
    • Organizer
      第65回日本植物生理学会
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  • [Presentation] シロイヌナズナの種間不和合性に関わる新規転写調節因子SPRI2の機能解析2024

    • Author(s)
      伊藤 星太郎、山本 絵里、Tangpranomkorn Surachat、木村 友香、加藤 義宣、新留 真紀、高山 誠司、藤井 壮太
    • Organizer
      2024年度日本農芸化学会
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  • [Presentation] アマ科植物における異形花型自家不和合性制御遺伝子の解析2024

    • Author(s)
      板倉 健、村瀬 浩司、山口 真明、加藤 義宣、安山 成基、藤井 壮太、柴 博史、高山 誠司
    • Organizer
      2024年度日本農芸化学会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] アマ科植物の異形花型不和合性におけるThrum特異的遺伝子のゲノム編集による解析2024

    • Author(s)
      田中 麻紀、村瀬 浩司、山口 真明、板倉 健、加藤 義宣、藤井 壮太、柴 博史、高山 誠司、木村 友香、長江 拓也
    • Organizer
      2024年度日本農芸化学会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Molecular basis of multifaceted reproductive barriers in plants2023

    • Author(s)
      Sota Fujii
    • Organizer
      Taiwan-Japan Plant Biology 2023
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      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Molecular basis of multi-phased pistil defense mechanism against foreign pollen2023

    • Author(s)
      Sota Fujii
    • Organizer
      ICAR2023
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      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Novel function of cuticles as a reproductive barrier in Brassicaceae2023

    • Author(s)
      Yoshinobu Kato, Sota Fujii
    • Organizer
      ICAR2023
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      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Molecular Analysis on the Substrate Specificity of S-RNase in Petunia2023

    • Author(s)
      Yu Wang, Yoshinobu Kato, Shuhei Kusano, Shinya Hagihara, Seiji Takayama, Sota Fujii
    • Organizer
      Taiwan-Japan Plant Biology 2023
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      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Functional study of SPRI2 regulating hetero-specific pollen rejection in Arabidopsis thaliana2023

    • Author(s)
      Seitaro Ito, Eri Yamamoto, Surachat Tangpranomkorn, Yuka Kimura, Yoshinobu Kato, Maki Niidome, Seiji Takayama, Sota Fujii
    • Organizer
      第46回日本分子生物学会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Complex study of SPRI1, a regulator of interspecific incompatibility in Arabidopsis thaliana, using a mass expression system in tobacco leaves2023

    • Author(s)
      Shun Tadokoro, Yoshinobu Kato, Shota Ishida, Yuka Kimura, Seiji Takayama, Sota Fujii
    • Organizer
      第46回日本分子生物学会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 植物の生殖におけるゲノムと分子のダイナミクス2023

    • Author(s)
      藤井壮太
    • Organizer
      第 2 回核酸研究会(令和 5 年度日本水産学会春季大会関連行事)
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      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] The plant-specific Arabidopsis VPS13a mediates polarized vesicle trafficking during pollen germination.2023

    • Author(s)
      Surachat Tangpranomkorn, Motoko Igarashi, Fumiko Ishizuna, Yoshinobu Kato, Takamasa Suzuki, Sota Fujii, Seiji Takayama.
    • Organizer
      第64回日本植物生理学会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 花柱のシステインリッチペプチドがもたらすシロイヌナスナの多次元種間障壁2023

    • Author(s)
      三浦大樹、木村友香、和田七夕子、高山誠司、藤井壮太
    • Organizer
      第64回日本植物生理学会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] アブラナ科種間不和合性因子SPRI1におけるシステイン残基の生化学的な機能解析2023

    • Author(s)
      田所駿、加藤義宣、石田翔太、木村友香、高山誠司、藤井壮太
    • Organizer
      第64回日本植物生理学会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] クチクラはアブラナ科花粉の発芽プロセスを制御することで種間生殖障壁として機能する2023

    • Author(s)
      加藤義宣、木村友香、高山誠司、藤井壮太
    • Organizer
      第64回日本植物生理学会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] The plant specific Arabidopsis VPS13a mediates pollen grain polarization during pollen germination.2022

    • Author(s)
      Surachat Tangpranomkorn, Motoko Igarashi, Fumiko Ishizuna, Yoshinobu Kato, Takamasa Suzuki, Sota Fujii, Seiji Takayama.
    • Organizer
      第45回日本分子生物学会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] アブラナ科植物における種間不和合性制御因子SPRI2局在構造体の解析2022

    • Author(s)
      伊藤星太郎、山本絵里、Surachat Tangpranomkorn、木村友香、加藤義宣、新留真紀、高山誠司、藤井壮太
    • Organizer
      第45回日本分子生物学会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] アブラナ科生殖障壁としてのクチクラ層の機能2022

    • Author(s)
      加藤義宣、木村友香、高山誠司、藤井壮太
    • Organizer
      第45回日本分子生物学会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] シロイヌナズナの種間不和合性を担う因子SPRI1の機能メカニズムの解明2022

    • Author(s)
      田所駿、加藤義宣、石田翔太、木村友香、高山誠司、藤井壮太
    • Organizer
      第45回日本分子生物学会
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  • [Presentation] シロイヌナズナ花柱において受精前障壁を引き起こす新規システインリッチペプチドの同定2022

    • Author(s)
      三浦大樹、木村友香、和田七夕子、高山誠司、藤井壮太
    • Organizer
      第45回日本分子生物学会
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      2022 Annual Research Report
  • [Book] 植物の超階層生物学:ゲノミクス×フェノミクス×生態学でひもとく多様性2023

    • Author(s)
      藤井壮太
    • Total Pages
      344
    • Publisher
      文一総合出版
    • ISBN
      9784829962107
    • Related Report
      2023 Annual Research Report

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Published: 2022-06-20   Modified: 2025-06-20  

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