分子発生生物学的アプローチによる陸上植物の雄性生殖器官および精子の分化過程の解析

• Project/Area Number: 14J01153
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Plant molecular biology/Plant physiology
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 肥後 あすか 京都大学, 生命科学研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000); Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 精子変態 / トランスクリプトーム / ゼニゴケ / トランスクリプトーム解析 / メタボローム解析 / 植物の精子の形成過程 / 国際情報交換

Outline of Annual Research Achievements

申請書は、苔類ゼニゴケを用いて、陸上植物の精子の形成を制御する機構の理解を目指し、精子の形態形成や機能に関わる遺伝子の発現を制御する分子機構の解明を目的として本研究を行った。
トランスクリプトーム解析により、造精器で高発現する遺伝子を同定した。Gene ontology解析により、同定した遺伝子には、細胞周期およびエピジェネティックな遺伝子発現制御に関与すると考えられる遺伝子が濃縮されるという、動物と被子植物の雄性配偶子形成との共通性が示された。造精器で高発現する遺伝子のうちから、動物の精子のクロマチン凝集に重要であるプロタミンと類似したアルギニンに富んだ領域を持つMpPROTAMINE-LIKE (MpPRM)を同定し、精子の核に局在することを示した。さらに、複数の鞭毛の構成因子遺伝子が精子変態初期で一過的に発現し、その後MpPRMが発現するという精子の形態形成または機能に関与する遺伝子発現の枠組みを示した。得られた成果は、申請者が筆頭著者である論文として国際誌に発表しており、動植物の有性生殖に関するシンポジウムでの発表を行った。
さらに、申請者が同定した造精器特異的な転写因子のうちで、シロイヌナズナの精細胞の分化に重要なAtDUO1のゼニゴケ相同遺伝子であるMpDUO1に関して詳細な解析を行った。精子変態中の精細胞の細胞内構造を野生型と比較した結果、MpDUO1は、精子の形態形成に関わることが示唆された。また、MpDUO1の下流経路を解析した結果、AtDUO1とMpDUO1の機能の共通点と相違点とが見出された。以上の結果より、DUO1は、被子植物だけでなく、鞭毛を持つゼニゴケの雄性配偶子形成においても機能するが、その下流経路に位置する因子は、進化の過程で変化していることが示唆された。得られた成果は、申請者が筆頭著者である論文として投稿準備中である。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Transcriptional Framework of Male Gametogenesis in the Liverwort Marchantia polymorpha L. (2016)
  • Author(s): Asuka Higo, Masaki Niwa, Katsuyuki T. Yamato, Lixy Yamada, Hitoshi Sawada, Tomoaki Sakamoto, Tetsuya Kurata, Makoto Shirakawa, Motomu Endo, Shuji Shigenobu, Katsushi Yamaguchi, Kimitsune Ishizaki, Ryuichi Nishihama, Takayuki Kohchi, and Takashi Araki
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 57(2) Issue: 2 Pages: 325-338
  • DOI: 10.1093/pcp/pcw005
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Toward understanding the regulatory network of antherozoid formation using a liverwort Marchantia polymorpha (2016)
  • Author(s): Asuka Higo, Katsuyuki Yamato, Tomokazu Kawashima, Kimitsune Ishizaki, Takayuki Kohchi, Frederic Berger and Takashi Araki
  • Organizer: The 24th International Congress of Sexual Plant Reproduction
  • Place of Presentation: Tucson
  • Year and Date: 2016-03-20
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Toward understanding the regulatory network for gene expression during the plant spermatogenesis using a liverwort Marchantia polymorpha (2016)
  • Author(s): Asuka Higo, Katsuyuki Yamato, Tomokazu Kawashima, Kimitsune Ishizaki, Takayuki Kohchi, Frederic Berger and Takashi Araki
  • Organizer: The 14th Interantional Student Seminar
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2016-03-11
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Toward understanding the molecular mechanism of spermatogenesis in plants using a liverwort Marchantia polymorpha as a model (2015)
  • Author(s): Asuka Higo, Kimitsune Ishizaki, Katsuyuki Yamato, Takayuki Kohchi, Takashi Araki
  • Organizer: 日本植物学会第79回大会
  • Place of Presentation: 新潟
  • Year and Date: 2015-09-07
  • Invited
• [Presentation] 苔類ゼニゴケの雄性配偶子形成過程を制御する分子機構の解析 (2015)
  • Author(s): 肥後あすか
  • Organizer: 第56回植物生理学会
  • Place of Presentation: 東京農業大学
  • Year and Date: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [Presentation] 苔類ゼニゴケの造精器および精子の発生過程に関与する遺伝子発現プログラムを制御する機構の解析 (2014)
  • Author(s): 肥後あすか
  • Organizer: 日本植物学会第78回大会
  • Place of Presentation: 明治大学
  • Year and Date: 2014-09-12 – 2014-09-14