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Integrated understanding of interspecific-incompatibility and self-incompatibility in the Brassicaceae

Research Project

Project/Area Number 21H05030
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (S)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Broad Section F
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

高山 誠司  東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特任研究員 (70273836)

Project Period (FY) 2021-07-05 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2025)
Budget Amount *help
¥189,930,000 (Direct Cost: ¥146,100,000、Indirect Cost: ¥43,830,000)
Fiscal Year 2025: ¥35,100,000 (Direct Cost: ¥27,000,000、Indirect Cost: ¥8,100,000)
Fiscal Year 2024: ¥35,100,000 (Direct Cost: ¥27,000,000、Indirect Cost: ¥8,100,000)
Fiscal Year 2023: ¥35,100,000 (Direct Cost: ¥27,000,000、Indirect Cost: ¥8,100,000)
Fiscal Year 2022: ¥35,100,000 (Direct Cost: ¥27,000,000、Indirect Cost: ¥8,100,000)
Fiscal Year 2021: ¥49,530,000 (Direct Cost: ¥38,100,000、Indirect Cost: ¥11,430,000)
Keywords植物 / 有性生殖 / 自家不和合性 / 種間不和合性 / 情報伝達
Outline of Research at the Start

植物は、昆虫等により運ばれてくる雑多な花粉の中から「同種」かつ「非自己」の花粉とのみ選択的に受精する巧妙な仕組みを持ち、種とその遺伝的多様性を維持している。アブラナ科植物の雌ずい乳頭細胞には、同種と異種の花粉を識別する仕組み(種間不和合性)と自己と非自己の花粉を識別する仕組み(自家不和合性)が存在し、同種花粉の受け入れに関わる受諾反応を何らかの形で阻害している可能性が示されてきている。本研究では、乳頭細胞内で行われているこれら仕組みの理解の深化を図ると共に、花粉選択の仕組みに関する統合分子モデルを提唱することを目指している。

Outline of Annual Research Achievements

アブラナ科植物の花粉選択の統合分子モデル提唱に向けて、以下の3課題の解明を進めた。
【課題1】異種花粉排除の分子機構解明:昨年度、種間不和合性に関わるSPRI1の相互作用因子として、クチン生合成酵素の解析を行った。その結果、これまでに花粉で機能するものとして報告されていたクチン分解酵素は,in vivoでは活性を有さないことが示唆された。また、クチン分解を簡易的にアッセイする系を立ち上げた。さらに、より近縁の異種花粉を対象にGWASによる種間障壁因子の探索を進めたところ、SPRI1/2あるいはクチン生合成因子とは異なる新規種間不和合性因子DN8296を同定することに成功した。DN8296のタンパク質発現系などを確立し、その生理機能の解析を進めた。さらに,この新規因子に対応する花粉側因子についてもGWASを用いて探索を進めた。
【課題2】自己花粉排除の分子機構解明:情報伝達因子探索のための一細胞解析系の確立を進めると同時に、SRK下流で機能すると想定されるチャネル・輸送体分子の逆遺伝学的探索を進めた。このチャネルをコードする遺伝子の多重変異体の作成に成功したが、オフターゲット変異も多く挿入されてしまった。詳細な遺伝子機能の解析を行うため、ターゲットの数を絞って再度多重変異体を作成している。その一方、同時並行で進めていた順遺伝学的な解析により、SRKを制御する新規雌しべ因子を見出した。
【課題3】同種花粉受諾の分子機構解明と排除経路干渉の実態解明:昨年度、同種花粉受諾に関わる因子VPS13aを同定しその分子機能について報告した。一方で、花粉コートのメジャータンパク質GRPについて解析を行い、GRPが花粉コート上で約150種類の他タンパク質や、特定のステロール類を保持するために重要な機能を有していることを明らかにした。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

本研究では、アブラナ科植物を対象として、雌ずい先端の乳頭細胞が持つ異種花粉排除に関わる種間不和合性経路、自己花粉排除に関わる自家不和合性経路、さらに同種花粉の積極的受入に関わる同種受諾経路、の3経路の理解を深化させると共に、経路間の干渉を含めた花粉選択の統合分子モデルを提唱することを目的としている。これまでに、SPRI2、DN8296、SRK下流のチャネル、SRKの新規制御因子、VPS13aといった全3経路の重要因子を発見し機能解析に着手しつつある。

Strategy for Future Research Activity

今後は、各課題について以下の研究を進め、花粉選択の統合分子モデルを提唱する。
【課題1】異種花粉排除の分子機構解明:引き続き、クチクラ層と異種花粉排除のメカニズムの解明を進める。特に、前年度見出された花粉に存在するクチナーゼの実態を解明するために、有機化学的な酵素の分離精製などを含めた多角的手法によって同定を進める。また、雌しべにおいて見出したDN8296についてはその生化学的な性状を明らかにするとともに,GWASによってDN8296に対応する花粉側の相互作用分子の特定を進め作用機序を明らかにする。
【課題2】自己花粉排除の分子機構解明:自家不和合性への関与が示唆された新規チャネル分子候補について多重変異体を作出したため、そのシグナル伝達系への関与を引き続き精査する。また、SRKの制御に関わる新規因子については引き続き分子間相互作用の解析を進める。
【課題3】同種花粉受諾の分子機構解明と排除経路干渉の実態解明:GRPが保持する花粉コート上のタンパク質群に着目し、その中で鍵となるペプチドファミリーについて多重ゲノム編集系を用いて機能解析を進める。

Assessment Rating
Interim Assessment

A: 順調に研究が進展しており、期待どおりの成果が見込まれる

Report

(8 results)
  • 2024 Annual Research Report
  • 2023 Abstract (Interim Assessment) ( PDF )   Annual Research Report   Interim Assessment (Comments) ( PDF )
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Abstract ( PDF )   Comments on the Screening Results ( PDF )   Annual Research Report
  • Research Products

    (62 results)

All 2025 2024 2023 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (9 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 9 results) Presentation (48 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results) Remarks (2 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Int'l Joint Research] チューリッヒ大学(スイス)

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    • Inventor(s)
      和田七夕子、小林利紗、押井夏海、伊藤寿朗、高山誠司、片岡修
    • Industrial Property Rights Holder
      国立大学法人 奈良先端科学技術大学院大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2022
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Published: 2021-07-08   Modified: 2026-01-26  

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