減数分裂移行タイミングの制御に関与する植物生殖細胞顆粒の解析

• Project/Area Number: 19J01894
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 39010:Science in plant genetics and breeding-related
• Research Institution: The University of Tokyo (2021); National Institute of Genetics (2019-2020)
• Principal Investigator: 三村 真生 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 助教
• Project Period (FY): 2019-04-25 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: イネ / 減数分裂 / 細胞質RNA顆粒 / 生殖顆粒

Outline of Research at the Start

植物の生殖細胞の発生過程において、体細胞分裂から減数分裂への移行は最も重要なプロセスの一つである。本研究では、イネの花粉母細胞が体細胞分裂から減数分裂へ移行するタイミングを制御する分子機構の解明を目指す。イネのRNA結合タンパク質MEL2は花粉母細胞における細胞質RNA顆粒の構成因子であり減数分裂移行タイミングの制御に関与する。そこで、MEL2の機能解析と標的RNAの探索、さらにMEL2が含まれる細胞質RNA顆粒の構成因子を同定することで、細胞質RNA顆粒による減数分裂移行の制御機構の一端を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

減数分裂は新たな遺伝子組み合わせを創出する重要な生殖過程の一つであり、その分子機構の理解は育種の効率化にもつながる可能性のある研究課題だと考えられる。本研究では、イネの減数分裂移行タイミングの制御に関わる細胞質RNA顆粒因子MEL2を中心に、植物生殖細胞の発生過程における体細胞分裂から減数分裂への移行を制御する分子メカニズムの一端を明らかにすることを目的とする。本年度は以下の解析を行った。
(1)MEL2結合候補 RNAの発現解析: 前年度までに研究代表者はMEL2が結合する候補RNAを見出してきた。その中でも減数分裂への関与が疑われる候補RNAに対してMEL2がどのような影響を与えるか調べるため、野生型とmel2変異体を用いた発現解析を行った。その結果、候補RNA量はmel2変異体で減少していることが判明したため、MEL2はこれらRNAの安定性に寄与することで減数分裂への移行を制御している可能性が考えられた。
(2)減数分裂におけるMEL2が持つドメインの機能解析: MEL2タンパク質が保存する機能ドメインや天然変性領域をそれぞれを欠損させた変異MEL2タンパク質をmel2変異体に導入し、RNA顆粒の形成および減数分裂に与える影響を調査した。その結果、LOTUSと呼ばれるドメインが顆粒の数を、天然変性領域の一つが顆粒サイズをそれぞれ負に制御することが明らかになった。特に、減数分裂への移行には天然変性領域による顆粒サイズの制御が大きな影響を与えることも判明した。
動物と比較して植物の生殖細胞における細胞質RNA顆粒の知見は非常に乏しく、本研究で明らかになった知見は植物の減数分裂進行のみならず、生殖細胞顆粒の進化的保存性や多様性、およびRNA顆粒の動態制御の理解への一助となる新規性の高い成果だと考えられる。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Comparison of constitutive promoter activities and development of maize ubiquitin promoter- and Gateway-based binary vectors for rice (2022)
  • Author(s): Katsutoshi Tsuda, Toshiya Suzuki, Manaki Mimura, Ken-Ichi Nonomura
  • Journal Title: Plant Biotechnology Volume: -
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Rice MEL2 regulates the timing of meiotic transition as a component of cytoplasmic RNA granules (2021)
  • Author(s): Manaki Mimura, Seijiro Ono, Ken-Ichi Nonomura
  • Journal Title: bioRxiv Volume: -
  • DOI: 10.1101/2021.03.24.433842
  • Open Access
• [Journal Article] Relationship between plant reproduction and environmental stress (2020)
  • Author(s): 山本 雅也, 池松 朱夏, 永野 惇, 三村 真生, 深井 英吾
  • Journal Title: Breeding Research Volume: 22 Issue: 1 Pages: 62-67
  • DOI: 10.1270/jsbbr.22.W01
  • NAID: 130007869254
  • ISSN: 1344-7629, 1348-1290
  • Year and Date: 2020-06-01
  • Open Access
• [Presentation] Meiosis specific glucan synthase regulates proper timing of meiosis initiation and progression in rice anthers (2022)
  • Author(s): Harsha Somashekar, Manaki Mimura, Tsuda Katsutoshi, Ken-Ichi Nonomura
  • Organizer: 第63回日本植物生理学会年会
• [Presentation] イネ葯室へのカロース高蓄積は減数分裂開始時期の制御に必須である (2021)
  • Author(s): ソマシェカー ハーシャ, 三村 真生, 津田 勝利, 野々村 賢一
  • Organizer: 第140回日本育種学会講演会
• [Presentation] 正常な雄性減数分裂進行に必要なイネ葯室細胞間隙へのカロース多糖の高蓄積 (2021)
  • Author(s): ソマシェカー ハーシャ, 三村 真生, 津田 勝利, 野々村 賢一
  • Organizer: 日本遺伝学会第93回大会
• [Presentation] Understanding the importance of cell-cell communication for plant meiosis using rice (Oryza sativa) as model organism (2021)
  • Author(s): Harsha Somashekar, Manaki Mimura, Tsuda Katsutoshi, Ken-Ichi Nonomura
  • Organizer: EMBO workshop 2021 on "Intercellular communication and plasmodesmata in plant development and disease"
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] イネの体細胞分裂から減数分裂への移行タイミングを制御する細胞質RNA顆粒因子MEL2の解析 (2021)
  • Author(s): 三村 真生、小野 聖二郎、野々村 賢一
  • Organizer: 第62回日本植物生理学会年会
• [Presentation] Callose depletion during meiosis exhibits prominent meiotic defects in rice anthers (2021)
  • Author(s): ソマシェカー ハーシャ,三村 真生, 野々村 賢一
  • Organizer: 第139回日本育種学会講演会
• [Presentation] イネの減数分裂移行を制御する細胞質RNA顆粒因子MEL2の機能解析 (2020)
  • Author(s): 三村真生、小野聖二郎、野々村賢一
  • Organizer: 第2回日本遺伝学会春季分科会
• [Presentation] Callose accumulation at onset of meiosis is crucial for normal meiosis progression in Rice (2020)
  • Author(s): Harsha Somashekar, Manaki Mimura, Ken-Ichi Nonomura
  • Organizer: 日本育種学会第137回講演会
• [Presentation] イネ減数分裂移行タイミングの制御に関与する細胞質RNA顆粒の解析 (2019)
  • Author(s): 三村真生、小野聖二郎、野々村賢一
  • Organizer: イネ遺伝学・分子生物学ワークショップ2019
• [Presentation] 減数分裂移行タイミングの制御に関わる植物生殖細胞RNA顆粒の解析とストレス顆粒との関係 (2019)
  • Author(s): 三村真生、小野聖二郎、野々村賢一
  • Organizer: 日本育種学会第136回講演会 ワークショップ『植物の生殖と環境・ストレス』
  • Invited
• [Presentation] 体細胞分裂から減数分裂への移行を制御するイネ細胞質顆粒因子の解析 (2019)
  • Author(s): 三村真生、小野聖二郎、野々村賢一
  • Organizer: 日本遺伝学会第91回大会