コケ植物における性決定機構の解明

• Project/Area Number: 17J08430
• 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: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 久永 哲也 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2017-04-26 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 有性生殖 / 胚発生 / ゼニゴケ / TALE型ホメオドメイン転写因子 / 進化 / 性分化 / 転写因子 / ノンコーディングRNA / 受精 / 配偶子分化 / 遺伝子発現制御

Outline of Annual Research Achievements

前年度、卵細胞において準備されたTALE型ホメオドメイン転写因子MpKNOX1が、受精を機に一過的に核移行することにより、雌雄前核の融合およびその後の胚発生を制御するということを見出した。しかしながら、MpKNOX1の核移行がどのように制御されているかは未解明であった。他のモデル生物における知見から、別のTALEホメオドメイン転写因子であるBELLが雄性配偶子から供給され、MpKNOX1を核移行させるという仮説を立て、本年度はこれを検証した。
公開されているトランスクリプトームデータを探索したところ、MpBELL3およびMpBELL4の２つの遺伝子が雄性生殖器官特異的に発現していることを見出した。これらのMpBELL遺伝子の機能を解析したところ、雄性配偶子由来のMpBELL3/4がMpKNOX1の核移行を介して雌雄前核の融合およびその後の胚発生に寄与すると示唆された。これらの研究成果によりゼニゴケにおいてKNOX-BELLは受精時に胚発生を開始させる機能を持つことが明らかとなった。
緑藻クラミドモナスではKNOX-BELLが、ゼニゴケと同様に受精直後の接合子特異的な遺伝子発現の開始に機能することが知られている。これらのことから、KNOX-BELLの受精時の機能は緑色植物に広く保存されたものであることが示唆される。一方で、被子植物においてKNOX-BELLは受精後の胞子体発生制御に機能しており、このことから陸上植物進化の過程でKNOX-BELLの機能が変遷していったと考えられる。以上のように本研究成果は、緑色植物に広く保存されたTALE型転写因子の機能の進化過程に関して重要な知見をもたらした。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Building new insights in plant gametogenesis from an evolutionary perspective (2019)
  • Author(s): Hisanaga Tetsuya、Yamaoka Shohei、Kawashima Tomokazu、Higo Asuka、Nakajima Keiji、Araki Takashi、Kohchi Takayuki、Berger Fr?d?ric
  • Journal Title: Nature Plants Volume: 5 Issue: 7 Pages: 663-669
  • DOI: 10.1038/s41477-019-0466-0
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A cis-acting bidirectional transcription switch controls sexual dimorphism in the liverwort. (2019)
  • Author(s): Hisanaga T, Okahashi K, Yamaoka S, Kajiwara T, Nishihama R, Shimamura M, Yamato KT, Bowman JL, Kohchi T, Nakajima K.
  • Journal Title: EMBO J. Volume: 38 Issue: 6
  • DOI: 10.15252/embj.2018100240
  • NAID: 120006547401
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Plant-inspired pipettes (2018)
  • Author(s): Keigo Nakamura, Tetsuya Hisanaga, Koichi Fujimoto, Keiji Nakajima and Hirofumi Wada
  • Journal Title: Journal of the Royal Society of Interface Volume: 15 Issue: 140 Pages: 20170868-20170868
  • DOI: 10.1098/rsif.2017.0868
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 雌雄の配偶子に由来するTALE型ホメオボックス遺伝子がゼニゴケの胚発生を制御する (2019)
  • Author(s): 久永哲也、藤本翔太、Berger Frederic、中島敬二
  • Organizer: 日本植物学会第83回大会
• [Presentation] A cis-acting bidirectional transcription switch regulates sexual dimorphism in Marchantia (2019)
  • Author(s): Tetsuya Hisanaga, Keitaro Okahashi, Shohei Yamaoka, Tomoaki Kajiwara, Ryuichi Nishihama, Masaki Shimamura, Katsuyuki T. Yamato, John L. Bowman, Frederic Berger, Takayuki Kohchi, Keiji Nakajima
  • Organizer: IAB iMOSS SEB conference 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cooperative action of maternally and paternally derived transcription factors promotes karyogamy in the liverwort Marchantia polymorpha (2019)
  • Author(s): Tetsuya Hisanaga, Shota Fujimoto, Frederic Berger, Keiji Nakajima
  • Organizer: Marchantia workshop 2019
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] A bidirectional transcription switch controls sexual differentiation in Marchantia polymorpha. (2018)
  • Author(s): Tetsuya Hisanaga, Keitaro Okahashi, Shohei Yamaoka, Ryuichi Nishihama, Masaki Shimamura, Katsuyuki T. Yamato, Takayuki Kohchi and Keiji Nakajima.
  • Organizer: The 25th International Congress on Sexual Plant Reproduction
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Maternally expressed MpKNOX1 triggers embryo development in Marchantia polymorpha. (2018)
  • Author(s): Tetsuya Hisanaga, Shota Fujimoto and Keiji Nakajima.
  • Organizer: The 25th International Congress on Sexual Plant Reproduction
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Maternally expressed MpKNOX1 triggers embryo development in Marchantia polymorpha. (2018)
  • Author(s): Tetsuya Hisanaga, Shota Fujimoto and Keiji Nakajima.
  • Organizer: EMBO workshop New shores in land plant evolution
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 卵細胞で発現するMpKNOX1がゼニゴケの胚発生を制御する (2018)
  • Author(s): 久永 哲也、藤本 翔大、中島 敬二
  • Organizer: 第82回日本植物学会大会
• [Presentation] MYB型転写因子によるコケ植物の雌性分化制御 (2018)
  • Author(s): 久永哲也
  • Organizer: 第6回生殖若手の会
• [Presentation] MYB型転写因子によるゼニゴケの性決定 (2017)
  • Author(s): 久永哲也
  • Organizer: Evo-Devo 青年の会
• [Presentation] MpFGMYBはゼニゴケの雌性分化を制御する (2017)
  • Author(s): 久永 哲也、岡橋 啓太郎、山岡 尚平、西浜 竜一、郷 達明、河内 孝之、中島 敬二
  • Organizer: 日本植物学会第81回大会
• [Presentation] A MYB Transcription Factor Controls Female Sexual Differentiation in Marchantia polymorpha (2017)
  • Author(s): Tetsuya Hisanaga
  • Organizer: The 65th NIBB Conference: Renaissance of Marchantia polymorpha‐the genome and beyond‐
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Evolutionarily conserved MYB transcription factors regulate female differentiation in land plants (2017)
  • Author(s): Tetsuya Hisanaga, Keitaro Okahashi, Shohei Yamaoka, Ryuichi Nishihama, Tatsuaki Goh, Takayuki Kohchi, Keiji Nakajima
  • Organizer: Taiwan-Japan Plant Biology 2017
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] ゼニゴケは遺伝子のオモテとウラを使って メスとオスを作り分けている
  • URL: http://www.naist.jp/pressrelease/2019/01/005492.html
• [Remarks] ゼニゴケは遺伝子のオモテとウラを使ってメスとオスを作り分けている
  • URL: https://bsw3.naist.jp/research/index.php?id=1778