in vivo花粉管伸長パターンの可視化を基盤とした植物多精拒否の順遺伝学的解析

• Project/Area Number: 11J06526
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: 植物分子生物・生理学
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 丸山 大輔 名古屋大学, トランスフォーマティブ生命分子研究所(WPI-ITbM), 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2011 – 2013
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000); Fiscal Year 2013: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2012: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2011: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
• Keywords: 卵細胞 / 中央細胞 / 助細胞 / 単独受精 / 花粉管 / 細胞融合 / エチレン / 細胞死 / 多精拒否

Research Abstract

助細胞-胚乳融合は, 受精後の胚珠において花粉管を受け入れなかった方の助細胞(残存助細胞)が胚乳と融合する現象である. これにより, 分泌前の花粉管誘引物質を含む助細胞に特有の内容物が, 体積の大きい胚乳へと希釈されて助細胞のアイデンティティーは急速に失われて花粉管誘引停止が起こる. また助細胞-胚乳融合の後には, 助細胞核が胚乳核の動かす細胞周期へと強制的に同期させられ, 細胞分裂中に崩壊する. これによって完全に助細胞のアイデンティティーが失われることがわかっている. 以前われわれは花粉管の誘引停止に卵細胞の受精と中央細胞の受精が独立かつ相加的に機能することを示した. そこで, 助細胞-胚乳融合と助細胞核崩壊に重要な役割をはたしていると考えられるエチレンシグナル経路の活性化の2つが, 卵細胞の受精または中央細胞の受精によってどのように制御されているか解析した. 雌性配偶子との細胞融合の成功率が低下した精細胞をつくるkokopelli変異体の花粉を中央細胞のサイトゾルをラベルするpFWA::FWA-GFP形質転換体の雌しべに授粉したところ, 卵細胞ではなく中央細胞の受精が強く助細胞-胚乳融合を誘導することを明らかにした. 一方, エチレンシグナル経路のマーカー遺伝子を導入した形質転換体で同様の実験を行ったところ, エチレンシグナル経路の活性化が卵細胞の受精により誘導されることが示唆された. したがって, 卵細胞と中央細胞の受精が誘導する花粉管誘引停止の実体が, それぞれ助細胞-胚乳融合とエチレンシグナル経路の活性化であることが示唆された.

Current Status of Research Progress

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

Reason

卵細胞と中央細胞の受精が具体的にどのような仕組みで助細胞の不活性化を起こすか明らかにできたため.

Strategy for Future Research Activity

まず, 助細胞-胚乳融合とエチレンシグナル経路の活性化がどのように協調して助細胞の不活性化を引き起こすのか明らかにする. また, 助細胞-胚乳融合が起こらなくなったシロイヌナズナ変異体を分離して, その細胞融合の分子機構を明らかにする.

Research Products

• [Journal Article] Multiple BiP genes of Arabidopsis thaliana are required fbr male gametogenesis and pollen competitiveness. (2014)
  • Author(s): Daisuke Maruyama, Tomoyuki Sugiyama, Toshiya Endo, Shuh-ichi Nishikawa
  • Journal Title: Plant & Cell Physiology Volume: 55 Issue: 4 Pages: 801-810
  • DOI: 10.1093/pcp/pcu018
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fertilization recovery system is dependent on the number of pollen grains for efficient reproduction in plants. (2013)
  • Author(s): Ryushiro D. Kasahara, Daisuke Maruyama, Tetsuya Higashiyama
  • Journal Title: Plant and Signaling Behavior Volume: 8 Issue: 4 Pages: e23690-e23690
  • DOI: 10.4161/psb.23690
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Independent control by each female gamete prevents the attraction of multiple pollen tubes (2013)
  • Author(s): Daisuke Maruyama, Yuki Hamamura, Hidenori Takeuchi, Daichi Susaki, Moe Nishimaki, Daisuke Kurihara, Ryushiro D. Kasahara, Tetsuya Higashiyama
  • Journal Title: Developmental Cell Volume: (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fertilization recovery after defective sperm cell release in Arabidopsis
  • Author(s): Ryushiro D.Kasahara, Daisuke Maruyama, Yuki Hamamura, Takashi Sakakibara, David Twell, Tetsuya Higashiyama
  • Journal Title: Current Biology Volume: 22(出版準備中) Pages: 1084-1089
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 助細胞-胚乳融合における細胞骨格の役割 (2014)
  • Author(s): 丸山大輔, 河島友和, 東山哲也, Frédéric Berer
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 2014-03-18
• [Presentation] 胚乳との細胞融合による急速な助細胞排除機構の発見 (2013)
  • Author(s): 丸山大輔, 井川智子, 森稔幸, 東山哲也
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド
  • Year and Date: 2013-12-04
• [Presentation] ライブイメージングを用いたシロイヌナズナの残存助細胞崩壊メカニズムの解明 (2013)
  • Author(s): 丸山大輔, 井川智子, 森稔幸, 東山哲也
  • Organizer: 第54回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 岡山大学(岡山県)
  • Year and Date: 2013-03-22
• [Presentation] シロイヌナズナの多精拒否の開始は卵細胞と中央細胞の両方の受精によって制御される (2012)
  • Author(s): 丸山大輔, 東山哲也
  • Organizer: 第53回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 京都産業大学
  • Year and Date: 2012-03-16