多遺伝子同時発現系による初期胚乳の発生機構の解明

• Project/Area Number: 18J01963
• 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: Yokohama City University
• Principal Investigator: 須崎 大地 横浜市立大学, 木原生物学研究所, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2018: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 初期胚乳 / 顕微細胞操作 / マイクロインジェクション

Outline of Annual Research Achievements

被子植物の胚嚢の大部分を占める中央細胞は、受精をきっかけに活発な遺伝子発現を始め、次世代となる胚を育む胚乳へとダイナミックに転換する。胚乳核の分裂による多角化、助細胞と胚乳の融合による花粉管誘引の停止の後に細胞化する。これら独特な細胞現象は、柔軟な組織形成の可能性を示す例として興味深い。本研究は、これら胚乳の初期発生を制御する遺伝子を同定し分子メカニズムを明らかにすることを目的とする。
本年度は、共同研究において順遺伝学的スクリーニングで得られた助細胞胚乳融合に異常を示す変異体の責任遺伝子を同定した。助細胞胚乳融合は受精後２～３時間で起こる、初期胚乳の重要な発生イベントの1つである。同定した変異体も交えて遺伝子発現解析することで、助細胞との融合によって初期胚乳の転写がどのような影響を受けるかを明らかにできると期待される。また、助細胞の核を標識することで、残存助細胞の遺伝子発現解析も可能になる。つまり取得した変異体は、受精直後の雌性配偶体内の細胞間相互作用について遺伝子発現から迫る最適なツールであると考え、詳細な解析を進めた。
本研究と並行して、受精前の胚乳である中央細胞を含む雌性配偶体の発生ダイナミクスを明らかにし、論文を出版した。雌性配偶体を構成する各種細胞のRNA-seq法とその発生を培地上で再現する実験系を確立することで、発生の詳細な過程と変異体の助細胞が卵細胞様に分化する様子を明らかにした。RNA-seqデータを使用した共同研究でも論文を出版した。また、被子植物の重複受精時に花粉管から放出される精細胞のポジショニング制御について投稿準備を進めている。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Gregor Mendel Institute (GMI)(オーストリア)
• [Journal Article] Dynamics of the cell fate specifications during female gametophyte development in Arabidopsis (2021)
  • Author(s): Susaki Daichi、Suzuki Takamasa、Maruyama Daisuke、Ueda Minako、Higashiyama Tetsuya、Kurihara Daisuke
  • Journal Title: PLOS Biology Volume: 19 Issue: 3 Pages: 3001123-3001123
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.3001123
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Arabidopsis GEX1 Is a Nuclear Membrane Protein of Gametes Required for Nuclear Fusion During Reproduction (2020)
  • Author(s): Nishikawa Shuh-ichi、Yamaguchi Yuki、Suzuki Chiharu、Yabe Ayaka、Sato Yuzuru、Kurihara Daisuke、Sato Yoshikatsu、Susaki Daichi、Higashiyama Tetsuya、Maruyama Daisuke
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 11 Pages: 548032-548032
  • DOI: 10.3389/fpls.2020.548032
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Targeted reprogramming of H3K27me3 resets epigenetic memory in plant paternal chromatin (2020)
  • Author(s): Michael Borg, Yannick Jacob, Daichi Susaki, Chantal LeBlanc, Daniel Buendia, Elin Axelsson, Tomokazu Kawashima, Philipp Voigt, Leonor Boavida, Jorg Becker, Tetsuya Higashiyama, Robert Martienssen, Frederic Berger
  • Journal Title: Nature Cell Biology Volume: in press Issue: 6 Pages: 621-629
  • DOI: 10.1038/s41556-020-0515-y
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Microtubule depletion domain 1 localizes at the boundary between female gametes in Arabidopsis thaliana (2019)
  • Author(s): Tsutsui Hiroki, Sato Yoshikatsu, Susaki Daichi, Higashiyama Tetsuya
  • Journal Title: Molecular Reproduction and Development Volume: 86 Issue: 8 Pages: 925-925
  • DOI: 10.1002/mrd.23175
  • Peer Reviewed
• [Presentation] シロイヌナズナ雌性配偶体細胞の RNA-seq 解析 (2020)
  • Author(s): 須崎 大地，栗原 大輔，鈴木 孝征，丸山 大輔，植田 美那子，東山 哲也
  • Organizer: 日本植物学会第84回大会
• [Presentation] シロイヌナズナ雌性配偶体細胞における運命決定のダイナミクス (2020)
  • Author(s): 栗原大輔，須崎大地，海老根一生，鈴木孝征，丸山大輔，植田美那子，東山哲也
  • Organizer: 日本植物学会第84回大会
• [Presentation] 助細胞の細胞融合現象に異常を示すシロイヌナズナ変異体の解析 (2020)
  • Author(s): 丸山大輔，太田かおる，須崎大地，木下哲
  • Organizer: 日本植物学会第84回大会
• [Presentation] 卵装置の形態から迫る精細胞ポジショニング制御機構 (2019)
  • Author(s): 須崎 大地, 大井 崇生, 友実 駿, 榎本 早希子, 荒井 重勇, 木下 哲, 丸山 大輔
  • Organizer: 日本植物学会第83回大会
• [Presentation] シロイヌナズナの雌性配偶体細胞におけるエピゲノム制御機構の解析 (2019)
  • Author(s): 鎌田 千裕，長谷川 綾子，殿崎 薫，須崎 大地，丸山 大輔，木下 哲
  • Organizer: 日本植物学会第83回大会
• [Presentation] 助細胞特異的転写因子MYB98 に制御される新規誘引物質の探索 (2019)
  • Author(s): 長江拓也，武内 秀憲，須崎 大地，東山 哲也
  • Organizer: 日本植物学会第83回大会
• [Presentation] 被子植物の重複受精機構を支える助細胞機能の定量的解析に向けて (2019)
  • Author(s): 須崎大地
  • Organizer: 定量生物学の会第九回年会（口頭）
• [Presentation] 被子植物の重複受精機構を支える助細胞機能の定量的解析に向けて (2019)
  • Author(s): 須崎 大地, 大井 崇生, 友実 駿, 榎本 早希子, 荒井 重勇, 木下 哲, 丸山 大輔
  • Organizer: 定量生物学の会第九回年会（ポスター）
• [Presentation] Live-cell analysis of female gametophyte development in Arabidopsis (2019)
  • Author(s): Daisuke Kurihara, Daichi Susaki, Tetsuya Higashiyama
  • Organizer: Synthetic Morphogenesis: From Gene Circuits to Tissue Architecture
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 雌性配偶体の形態解析から精細胞の放出方向制御に迫る (2018)
  • Author(s): 須崎 大地, 大井 崇生, 友実 駿, 榎本 早希子, 荒井 重勇, 木下 哲, 丸山 大輔
  • Organizer: 日本植物形態学会第30回大会
• [Presentation] 雌性配偶体による精細胞の放出方向制御の解析 (2018)
  • Author(s): 須崎 大地, 大井 崇生, 友実 駿, 榎本 早希子, 荒井 重勇, 木下 哲, 丸山 大輔
  • Organizer: 日本植物学会第82回大会
• [Presentation] How does female gametophyte regulate the destination of sperm cells released from pollen tube? (2018)
  • Author(s): Daichi Susaki, Takao Oi, Sakiko Enomoto, Shigeo Arai, Tetsu Kinoshita, Daisuke Maruyama
  • Organizer: 25th International Congress On Sexual Plant Reproduction
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Reception of pollen tube contents by the endosperm (2018)
  • Author(s): Daisuke Maruyama, Daichi Susaki, Tetsuya Higashiyama, Tetsu Kinoshita
  • Organizer: 25th International Congress On Sexual Plant Reproduction (Oral)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Reception of pollen tube contents by the endosperm (2018)
  • Author(s): Daisuke Maruyama, Daichi Susaki, Tetsuya Higashiyama, Tetsu Kinoshita
  • Organizer: 25th International Congress On Sexual Plant Reproduction (Poster)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Live-cell analysis of female gametophyte development in Arabidopsis (2018)
  • Author(s): Daisuke Kurihara, Daichi Susaki, Tetsuya Higashiyama
  • Organizer: 25th International Congress On Sexual Plant Reproduction
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 植物の卵細胞がつくられる様子を生きたまま観察することに成功
  • URL: https://www.yokohama-cu.ac.jp/news/2020/202103maruyama_PLOSBiol.html
• [Remarks] 植物の卵細胞がつくられる様子を生きたまま観察することに成功
  • URL: http://square.umin.ac.jp/pl-morph/pages/glossary.html#210408_Susaki