| Project Area | Genomic dynamics underlying the plastic hermaphroditism in plants: the basis of exploratory reproductive adaptations. |
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| Project/Area Number |
22H05176
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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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 | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
伊藤 寿朗 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (90517096)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
北口 哲也 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (60432374)
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| Project Period (FY) |
2022-06-16 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥103,480,000 (Direct Cost: ¥79,600,000、Indirect Cost: ¥23,880,000)
Fiscal Year 2024: ¥19,890,000 (Direct Cost: ¥15,300,000、Indirect Cost: ¥4,590,000)
Fiscal Year 2023: ¥21,190,000 (Direct Cost: ¥16,300,000、Indirect Cost: ¥4,890,000)
Fiscal Year 2022: ¥21,060,000 (Direct Cost: ¥16,200,000、Indirect Cost: ¥4,860,000)
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| Keywords | 転写制御モジュール / 花発生 / cis-trans制御 / エピゲノム / 定量解析 |
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| Outline of Research at the Start |
蜜腺は、多様な被子植物の種分化を生み出した原動力の1つであるが、本来の正しい位置に正しいタイミングで成熟した蜜腺をつくるための分子メカニズムは不明である。本研究は、1) 自殖する和合種であるシロイヌナズナでの蜜腺形成の鍵遺伝子のネットワーク機構の解析、2) シロイヌナズナ近縁種で他殖のみを行うセイヨウミヤマハタザオと、生育環境に応じて他殖を促進する開放花及び自殖のみを行う閉鎖花を使い分けるコカイタネツケバナの2種での蜜腺モジュールの比較解析を行う。これらの解析により、生殖様式に連動した定量的な蜜腺サイズと蜜量を決める分子機構を解明し、その可塑性を支える駆動メカニズムとゲノム動態を理解する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
シロイヌナズナにおける蜜腺形成の遺伝子ネットワーク機構の解明を進めた。蜜腺形成の鍵遺伝子CRABS CLAW (CRC)はYABBY型の転写因子をコードしている。ターゲット遺伝子として、MACCHI-BOU 4 (MAB4)やMYB57 遺伝子を同定し、それらの変異体の蜜腺サイズは野生型の蜜腺よりも小さいことを示した。MAB4タンパク質は、蜜腺の細胞の細胞膜に蜜腺の先端内部に向かって偏りをもって局在しており、オーキシンの輸送に関わるPIN1タンパク質の細胞内局在の制御にかかわっていた。実際に、オーキシンシグナルを可視化することができるDR5レポーターは、mab4変異体では蜜腺の内部でのオーキシン量が劇的に減少していた。このことから、MAB4は蜜腺の先端内部へのオーキシン輸送を促進することで、蜜腺の大きさを正に制御するという蜜腺形成の新規モデルが提唱された。さらにもう一方のCRCターゲットであるMYB57転写因子がCRCの共役因子として、蜜腺発達に関わる多くのターゲット遺伝子の発現制御にかかわっていることを示した。領域内共同研究として、木下班とシロイヌナズナの新規インプリント遺伝子の解析を進めた。白澤班、清水班と合同でシロイヌナズナ近縁種での解析として、環境に応じて開放花と閉鎖花を作り分けるコカイタネツケバナのゲノムシークエンスを行った。さらに、生殖器官分化のマスター制御因子AGAMOUSによる細胞周期依存的な下流遺伝子の発現制御機構(Plant Cell, 35: 2821-2847, 2023, 共責任著者)や昆虫の誘引にかかわる花弁の受精後の脱離機構としてジャスモン酸によるオートファジー経路（Nature Commun. 15: 1098, 2024. 共責任著者）などの論文報告を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
シロイヌナズナにおける蜜腺形成の主要遺伝子カスケードを同定し、オーキシンによる蜜腺形成機構の解明を成し遂げている。また、蜜腺形成の可塑性を研究するためのコカイタネツケバナのゲノム解析も共同研究にて成し遂げた。さらに、研究課題「両性花における動物を利用した他殖促進機構の構築原理」に関連する研究として、AGAMOUSの下流ターゲット制御の合成生物学的な解析結果や花弁の維持と老化制御にかかわる研究を論文発表することが出来たなどの理由による。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はこれまでに同定し解析を進めてきたシロイヌナズナにおける蜜腺形成の鍵因子であるCRCターゲット解析について論文化する。特にCRCターゲットのうち、オーキシンの輸送体であるPIN-FORMED (PIN) タンパク質の局在制御を介して、オーキシンの輸送を制御すると報告されているMACCHI-BOU 4 (MAB4) 遺伝子MACCHIBOU4（MAB4）の機能解析、MAB4とPIN1タンパク質の細胞内局在、オーキシンシグナルの蜜腺の発生時期に沿った解析に基づき、MAB4の蜜腺形成における機能モデル論文を投稿する。今後の研究の一つとして、MAB4遺伝子のcis領域の同定と予想されるコア配列に結合する因子のデータベース解析を進める。その遺伝学的解析により、共通のcis配列に作用するCRCを含む蜜腺誘導のtrans複合体の解析へ進める。
CRCターゲット遺伝子群のエピゲノム解析として、ChIL法という少数細胞からシングルセルレベルにて免疫沈降を可能とする手法を適用する。また、それぞれのヒストン修飾因子の修飾酵素の突然変異体やタグラインを活用することで、エピゲノム状態が蜜腺形成遺伝子の時空間に特異的な発現制御に及ぼす影響及び、酵素群の機能を解明する。上記の統合的解析により、シロイヌナズナにおける蜜腺形成遺伝子ネットワークの時空間特異性を解明する。
シロイヌナズナ近縁種での解析として、環境に応じて開放花と閉鎖花を作り分けるコカイタネツケバナの花における蜜腺の形態を光学顕微鏡および走査型電子顕微鏡にて観察し、蜜腺領域のRNA-seqを行う。
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