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Mechanisms of nuclear membrane fusion during Arabidopsis reproduction

Research Project

Project/Area Number 16K07394
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Plant molecular biology/Plant physiology
Research InstitutionNiigata University

Principal Investigator

Nishikawa Shuh-ichi  新潟大学, 自然科学系, 教授 (10252222)

Research Collaborator HIGASHIYAMA Tetsuya  名古屋大学, トランスフォーマティブ生命分子研究所, 教授
SATO Yoshikatsu  名古屋大学, トランスフォーマティブ生命分子研究所, 特任准教授
KURIHARA Daisuke  名古屋大学, 大学院理学研究科, 特任講師
MARUYAMA Daisuke  横浜市立大学, 木原生物学研究所, 助教
KAMEI Yasuhiro  基礎生物学研究所, 生物機能解析センター, 特任准教授
URAWA Hiroko  岐阜聖徳学園大学, 教育学部, 准教授
WADA Satomi  新潟大学, 大学院自然科学研究科, 大学院生
HWANG Dukhyum  新潟大学, 大学院自然科学研究科, 大学院生
SUZUKI Chiharu  新潟大学, 大学院自然科学研究科, 大学院生
TAKAHASHI Azusa  新潟大学, 理学部, 学部学生
NAGAO Haruka  新潟大学, 理学部, 学部学生
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywords有性生殖 / 核融合 / 雌性配偶体 / 重複受精 / 膜融合 / シロイヌナズナ / ライブイメージング / 遺伝子発現誘導系 / 核膜融合 / 分子シャペロン / ライブイメージング解析
Outline of Final Research Achievements

During the life cycle of angiosperms, nuclear fusion occurs three times. Two of these nuclear fusion events are sperm nuclear fusion events that occur during double fertilization. The third nuclear fusion is the polar nuclear fusion during female gametogenesis. These nuclear fusion events require the nuclear membrane fusion processes to complete.
In this study, we analyzed mechanisms of nuclear membrane fusions during Arabidopsis reproduction using live-cell imaging and the newly-developed female gametophyte-specific gene induction system. We showed that the Hsp70 molecular chaperone system in the endoplasmic reticulum is required for nuclear membrane fusion in the sperm nuclear fusion process in addition to the polar nuclear fusion. We also showed that fertilization-coupled sperm nuclear fusion is essential for proper endosperm proliferation after fertilization. We identified two nuclear membrane proteins that are required for nuclear membrane fusion events during polar nuclear fusion.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

小胞体Hsp70システムが極核融合だけでなく受精時の精核融合でも核膜融合に必要であることが示され、シロイヌナズナ有性生殖過程で観察される核膜融合の分子機構には共通性があることが示唆された。核膜融合装置の実体はこれまで不明であったが、本研究によって核膜融合に必要な核膜タンパク質が複数同定された。これらを足がかりとした解析によって、核膜融合装置の解明が進むと期待される。また、体細胞ではほとんどおこらない核融合が、有性生殖過程では効率よく進行するメカニズムが明らかになることで、細胞融合による体細胞雑種作出の効率化などの応用面での展開も期待される。

Report

(4 results)
  • 2018 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2019 2018 2017 2016

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Quality control of nonstop membrane proteins at the ER membrane and in the cytosol.2016

    • Author(s)
      Arakawa S. Yunoki K. Izawa T. Tamura Y. Nishikawa S and Endo T.
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 6 Issue: 1 Pages: 30795-30795

    • DOI

      10.1038/srep30795

    • Related Report
      2016 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 極核融合因子シロイヌナズナGex1タンパク質のシステインリッチドメインの構造と機能の解析2019

    • Author(s)
      西川周一、鈴木千晴、河野慎、渡邉信久、遠藤斗志也
    • Organizer
      第60回日本植物生理学会年会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of a female gametophyte-specific gene induction system in Arabidopsis thaliana2018

    • Author(s)
      Shuh-ichi Nishikawa, Azusa Takahashi, Satomi Wada, Dukhyun Hwang, Hiroko Urawa, Yasuhiro Kamei
    • Organizer
      25th International Congress on Sexual Plant Reproduction
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] シロイヌナズナ小胞体品質管理変異株が高温ストレス下で示す花粉成熟異常の解析2018

    • Author(s)
      西川周一、宇治周平、坂本智昭、山本雅也、杉山智之、木村成介、遠藤斗志也
    • Organizer
      日本植物学会第82回大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] シロイヌナズナ雌性配偶体の細胞特異的な遺伝子発現誘導システムの構築2018

    • Author(s)
      高橋梓、和田敏実、亀井保博、浦和博子、西川周一
    • Organizer
      第59回日本植物生理学会年会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] シロイヌナズナの極核融合に関与する核膜タンパク質2018

    • Author(s)
      鈴木千晴、山口友輝、西川周一
    • Organizer
      第59回日本植物生理学会年会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] シロイヌナズナ極核融合欠損株のライブイメージング解析2017

    • Author(s)
      西川 周一、栗原大輔、丸山大輔、佐藤良勝、東山哲也
    • Organizer
      第58回日本植物生理学会年会
    • Place of Presentation
      鹿児島大学郡元キャンパス(鹿児島県鹿児島市)
    • Year and Date
      2017-03-16
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] Live imaging analyses of polar nuclear fusion in wild-type and mutant Arabidopsis ovules2017

    • Author(s)
      Nishikawa Shuh-ichi, Kurihara Daisuke, Maruyama Daisuke, Sato Yoshikatsu and Higashiyama Tetsuya
    • Organizer
      The 1st ABiS Symposium Towards the Future of Advanced Bioimaging for Life Sciences
    • Place of Presentation
      岡崎コンファレンスセンター(愛知県岡崎市)
    • Year and Date
      2017-02-19
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] シロイヌナズナの雌性配偶体における遺伝子発現誘導システムの構築2016

    • Author(s)
      和田敏実、亀井保博、浦和博子、西川周一
    • Organizer
      第1回Biothermology Workshop - 生命システムの熱科学 -
    • Place of Presentation
      岡崎コンファレンスセンター(愛知県岡崎市)
    • Year and Date
      2016-12-10
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] シロイヌナズナの雌性配偶体における遺伝子発現誘導システムの構築2016

    • Author(s)
      和田敏実、亀井保博、浦和博子、西川周一
    • Organizer
      第39回日本分子生物学会年会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2016-11-30
    • Related Report
      2016 Research-status Report

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Published: 2016-04-21   Modified: 2020-03-30  

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