性染色体と性染色体のように挙動する菌を用いた新規なフロリゲン機能解析

• Project/Area Number: 18J40290
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Science in genetics and breeding
• Research Institution: Okayama University (2019-2020); Yokohama City University (2018)
• Principal Investigator: 藤田 尚子 岡山大学, 環境生命科学研究科, 特別研究員(RPD)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 雌雄異株 / 開花 / 性的二型 / ヒロハノマンテマ / 黒穂菌 / XY / 性 / 性染色体 / 花成

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、XY型性染色体を持つ植物ヒロハノマンテマとY染色体のように挙動する黒穂菌を用いて、性染色体と性染色体様活性をもつ菌感染が花成誘導因子フロリゲンの制御機構に関与する可能性を検証した。
花芽形成に影響する日長や温度などの環境条件を統一した人工気象器内で、播種から開花までの所要日数を雌雄別に計測したところ、オスはメスより有意に開花が遅いことがわかった。さらに、黒穂菌感染による外的要因でオス化が誘導された雌花においても開花遅延が観察されたことから、花の性表現と開花時期の連動性が示唆された。開花の制御因子としてフロリゲンをコードするFT遺伝子の発現量を測定したところ、雌雄間あるいは黒穂菌感染・非感染を比較してもFT発現量に有意差は認められなかったことから、開花性にみられる性的二型にはフロリゲン以外の原因因子が関与すると考えられた。
そこで、顕微鏡下で1mm以下の花芽器官を解剖・回収し、花芽形成初期メリステムにおけるトランスクリプトーム解析を行なった。RNA-seqで得られたリードから、オス特異的に発現変動する遺伝子群を抽出し、さらに菌感染によるオス化雌花でオスと同様に発現変動する遺伝子を探索したところ、花成促進因子として知られるAGAMOUS-like 24(AGL24)のオーソログ遺伝子が見出された。AGL24はメスに比べてオスで発現量が低く、黒穂菌感染した雌花においてもオスと同様に発現低下し、AGL24発現量と開花性は連動した。さらに、花の性表現に直接的に関わるクラスB MADS遺伝子群APETALA3(AP3)がAGL24と相関して発現変動したことから、花の性表現と開花時期の連動性の原因因子はAGL24とAP3であると考えられた。

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

• [Journal Article] Development of the VIGS System in the Dioecious Plant Silene latifolia (2019)
  • Author(s): Fujita Naoko、Kazama Yusuke、Yamagishi Noriko、Watanabe Kyoko、Ando Saki、Tsuji Hiroyuki、Kawano Shigeyuki、Yoshikawa Nobuyuki、Komatsu Ken
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 20 Issue: 5 Pages: 1031-1031
  • DOI: 10.3390/ijms20051031
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 非モデル雌雄異株植物群における遺伝子機能評価系の開発 (2020)
  • Author(s): 藤田尚子、桒田恵理子、増田佳苗、赤木剛士
  • Organizer: 第84回日本植物学会
• [Presentation] ナデシコ科黒穂菌感染による植物の性形質変化と遺伝子発現変動解析 (2020)
  • Author(s): 藤田尚子、薦田優香、大谷颯汰、牛島幸一郎、赤木剛士
  • Organizer: 日本植物病理学会
• [Presentation] Silene属植物における性表現と開花時期・花数・花寿命の連動性 (2020)
  • Author(s): 藤田尚子、大谷颯汰、牛島幸一郎、赤木剛士
  • Organizer: 園芸学会春季大会