Analysis of novel ligand-receptor set controlling pollen-stigma incompatibility in Brassica

• Project/Area Number: 17K15208
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Science in genetics and breeding
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Takada Yoshinobu 東北大学, 生命科学研究科, 技術専門職員 (30451610)
• Research Collaborator: Watanabe Masao
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2018: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2017: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: アブラナ科植物 / 自家不和合性 / 一側性不和合性 / 花粉・柱頭情報伝達 / 柱頭・花粉情報伝達 / 植物 / 花粉・柱頭認識機構

Outline of Final Research Achievements

In this study, we reported isolation and characterization of stigma recognition factor SUI1 and pollen recognition factor PUI1 that control unilateral incompatibility occurs between Japanese and Turkish strains in the B. rapa.Furthermore, sequence polymorphism analysis of the SUI1 genes showed that the functional SUI1 genes are present in many Chinese cabbage varieties grown in Japan.In addition, the pollen side factor PUI1 was mainly expressed in the pollen itself, unlike the SP11 which is the pollen side recognition factor of self-incompatibility, and it was revealed that it may function as a gametophyticaly.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

アブラナ科植物の育種・採種現場においては、花粉と柱頭間の情報伝達・認識機構の結果として起こる不和合性は非常に重要な形質である。本研究で対象としたアブラナ科植物の新規一側性不和合性機構の解析により、より詳細な人為的受粉受精制御が可能となる。本研究によりもたらされた日本品種内での遺伝子多型情報は、直接国内のアブラナ育種研究者にとって有益な情報となると考えられる。さらに進化的側面からも同一種内でありながら他者を認識し、拒絶するこの機構の解析は興味深いものである。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Sunchon National University(韓国)
• [Journal Article] Duplicated pollen-pistil recognition loci control intraspecific unilateral incompatibility in Brassica rapa (2017)
  • Author(s): Takada Yoshinobu、Murase Kohji、Shimosato-Asano Hiroko、Sato Takahiro、Nakanishi Honoka、Suwabe Keita、Shimizu Kentaro K.、Lim Yong Pyo、Takayama Seiji、Suzuki Go、Watanabe Masao
  • Journal Title: Nature Plants Volume: 3 Issue: 7 Pages: 17096-17096
  • DOI: 10.1038/nplants.2017.96
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] コマツナ栽培品種とトルコ由来系統間の交雑に生じた 一側性不和合性の認識機構 (2017)
  • Author(s): 髙田美信、鈴木剛、渡辺正夫
  • Journal Title: アグリバイオ Volume: 1 Pages: 1180-1182
  • NAID: 40021807740
• [Presentation] Brassica rapaにおける種内一側性不和合性を支配する花粉側因子PUI1の遺伝子発現機構の解析 (2019)
  • Author(s): 佐藤 優衣, 高田 美信, 和田 七夕子, 高山 誠司, 鈴木 剛, 渡辺 正夫
  • Organizer: 日本育種学会第135回講演会
• [Presentation] Inter-ecotype pollen-stigma incompatibility is determined by duplicated self-recognition genes in Brassica rapa. (2018)
  • Author(s): Takada, T., Murase, K., Shimosato-Asano, H., Sato, T., Nakanishi, H., Mihara, A., He, Y., Suwabe, K., Shimizu, K. K., Lim, Y. P., Takayama, S., Suzuki, G., and Watanabe, M.
  • Organizer: The 25th International Congress on Sexual Plant Reproduction
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Novel unilateral incompatibility in Brassica rapa is regulated by duplicated self-incompatibility genes, PUI1 and SUI1. (2018)
  • Author(s): Takada, Y., Murase, K., Shimosato-Adano, H., Sato, T., Nakanishi, H., Suwabe, K., Shimizu, K. K., Lim, Y. P.,Takayama, S., Suzuki, G., and Watanabe, M
  • Organizer: International Plant & Animal Genome XXVI
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Brassica rapa の一側性不和合性花粉側因子PUI1の発現解析 (2018)
  • Author(s): 佐藤優衣, 高田美信, 大坂正明, 高山誠司, 鈴木剛, 渡辺正夫
  • Organizer: 日本育種学会第133回講演会
• [Presentation] Brassica rapaにおけるMLPK非依存的な自家不和合性機構 (2018)
  • Author(s): 大畠麻由, 高田美信, 村瀬浩司, 柴博史, 高山誠司, 鈴木剛, 渡辺正夫
  • Organizer: 日本育種学会第133回講演会
• [Presentation] アブラナ科植物の自家不和合性におけるリガンド受容体複合体の結晶構造 (2018)
  • Author(s): 村瀬浩司, 森智行, 劉瀟, 真坂知帆, 平野良憲, 浅野(下里)裕子, 高田美信, 渡辺正夫, 磯貝彰, 箱嶋敏雄, 高山誠司
  • Organizer: 日本農芸化学会2018年度名古屋大会
• [Presentation] Molecular mechanism of intra-species unilateral incompatibility in Brassica rapa. (2018)
  • Author(s): Yoshinobu Takada
  • Organizer: Improvement of important agricultural traits based on genomic information of horticultural cropsImprovement of important agricultural traits based on genomic information of horticultural crops
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Brassica rapaにおけるMLPK非依存的な自家不和合性機構 (2018)
  • Author(s): 大畠 麻由, 高田 美信, 村瀬 浩司, 柴 博史, 高山 誠司, 鈴木 剛, 渡辺 正夫
  • Organizer: 日本育種学会
• [Presentation] Identification and characterization of the novel pollen-stigma recognition factors for unilateral incompatibility in Brassica rapa. (2017)
  • Author(s): Yoshinobu Takada, Kohji Murase, Hiroko Shimosato-Asano, Takahiro Sato, Honoka Nakanishi, Keita Suwabe, Kentaro K. Shimizu, Yong Pyo Lim, Seiji Takayama, Go Suzuki, and Masao Watanabe
  • Organizer: Taiwan-Japan plant physiology 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 自己花粉を認識するリガンド・レセプター遺伝子セットの重複が非自己花粉の拒絶を引き起こす (2017)
  • Author(s): 髙田美信、鈴木剛、中西ほのか、村瀬浩司、浅野(下里)裕子、佐藤陽洋、諏訪部圭太、Lim Yong Pyo、清水健太郎、高山誠司、渡辺正夫
  • Organizer: 日本遺伝学会
• [Presentation] Brassica rapaの種内一側性不和合性を 制御するSUI1-PUI1遺伝子 (2017)
  • Author(s): 高田美信、村瀬浩司、浅野（下里）裕子、佐藤陽洋、中西ほのか、諏訪部圭太、Lim, Yong Pyo、清水健太郎、高山誠司、鈴木剛、渡辺正夫
  • Organizer: 日本植物細胞分子生物学会
• [Presentation] Brassica rapaの種内一側性不和合性を支配する花粉・柱頭認識因子の決定 (2017)
  • Author(s): 高田美信、村瀬浩司、浅野（下里）裕子、佐藤陽洋、中西ほのか、諏訪部圭太、Lim, Yong Pyo、清水健太郎、高山誠司、鈴木剛、渡辺正夫
  • Organizer: 日本育種学会
• [Presentation] Brassica rapaのA04染色体には新規生殖障壁遺伝子が存在する (2017)
  • Author(s): 髙田美信、鈴木剛、中西ほのか、村瀬浩司、浅野(下里)裕子、佐藤陽洋、諏訪部圭太、Lim Yong Pyo、清水健太郎、高山誠司、渡辺正夫
  • Organizer: 染色体学会