陸上植物における植物ホルモン・ジベレリンを介した生殖細胞分化機構の解明

• Project/Area Number: 21J15550
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 38060:Applied molecular and cellular biology-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 川村 昇吾 京都大学, 生命科学研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2021-04-28 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
• Keywords: ジベレリン / 進化 / ゼニゴケ / 陸上植物進化 / 生殖成長

Outline of Research at the Start

重要な植物ホルモンであるジベレリンの生殖細胞分化における機能について、基部陸上植物である苔類ゼニゴケを研究対象として用いることで、これまで被子植物では困難であった生殖細胞（配偶体）におけるジベレリンの役割を解析することで、ジベレリンの進化的な普遍性を明らかにする。さらに、被子植物とは異なるジベレリンの分子実態や生合成遺伝子、受容体遺伝子をゼニゴケにおいて同定することで、陸上植物進化におけるジベレリンに関する多様性も明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

国立遺伝学研究所と共同研究の上、発現量・共発現データベースについて、Plant and Cell Physiology誌への投稿を行い、受理された。ゼニゴケのGA様活性化合物の不活化酵素変異体のRNA-seq解析についてより詳細に解析を行い、クロロフィルの分解系への影響や、デンプンの異常な蓄積などが転写レベルで起こっていることを明らかにした。また、その現象について実際の変異株で確認を行った。その結果、クロロフィル、デンプンがともに野生型に比べて顕著に増加していることが明らかになった。また、TEMを用いて変異株の葉緑体の内部を観察したところ、多くのデンプン粒が変異株で観察された。さらに、進化的に保存されたGA生合成経路とは異なるジテルペノイド合成経路が強く発現しており、基質の転用が行われている可能性が示唆された。これらに加えて、変異株におけるゼニゴケの生殖器官が非誘導条件下でも形成される表現型の原因を明らかにするため、ゼニゴケの生殖器官形成の制御を行うMpBNBタンパクを非誘導条件下でHiBitとLgBitによる発光定量系を用いて定量し、発光が見られることを明らかにした。これにより、変異株の表現型の原因がMpBNBタンパク質が非誘導条件下で発現していることであることがより強く示唆された。また、共著として、研究室として行っている本変異株を用いたスクリーニングと同定された遺伝子に関する学会発表や、苔類ゼニゴケを用いた質量分析によるGA様化合物の分析についても学会発表を行った。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] MarpolBase Expression: A Web-Based, Comprehensive Platform for Visualization and Analysis of Transcriptomes in the Liverwort <i>Marchantia polymorpha</i> (2022)
  • Author(s): Kawamura Shogo、Romani Facundo、Yagura Masaru、Mochizuki Takako、Sakamoto Mika、Yamaoka Shohei、Nishihama Ryuichi、Nakamura Yasukazu、Yamato Katsuyuki T、Bowman John L、Kohchi Takayuki、Tanizawa Yasuhiro
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 63 Issue: 11 Pages: 1745-1755
  • DOI: 10.1093/pcp/pcac129
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Diminished Auxin Signaling Triggers Cellular Reprogramming by Inducing a Regeneration Factor in the Liverwort <i>Marchantia polymorpha</i> (2022)
  • Author(s): Ishida Sakiko、Suzuki Hidemasa、Iwaki Aya、Kawamura Shogo、Yamaoka Shohei、Kojima Mikiko、Takebayashi Yumiko、Yamaguchi Katsushi、Shigenobu Shuji、Sakakibara Hitoshi、Kohchi Takayuki、Nishihama Ryuichi
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 63 Issue: 3 Pages: 384-400
  • DOI: 10.1093/pcp/pcac004
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Identification of the sex-determining factor in the liverwort Marchantia polymorpha reveals unique evolution of sex chromosomes in a haploid system (2021)
  • Author(s): Miyuki Iwasaki Katsuyuki T. Yamato John L. Bowman Takayuki Kohchi et al
  • Journal Title: Current Biology Volume: 31 Issue: 24 Pages: 5522-5532.e7
  • DOI: 10.1016/j.cub.2021.10.023
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] ゼニゴケのジベレリンに関連したメチル化酵素機能に影響する変異体スクリーニング (2022)
  • Author(s): 下川 瑛太, 川村 昇吾, Sun Rui, 鈴木 かおり, 岡部 麻衣子, 吉竹 良洋, 安居 佑季子, 西浜 竜一, 山岡 尚平, 増口 潔, 山口 信次郎, 河内 孝之
  • Organizer: 日本植物学会第86回大会
• [Presentation] 苔類ゼニゴケにおけるジベレリン類縁化合物の探索 (2022)
  • Author(s): 岡部 麻衣子, 吉竹 良洋, Sun Rui, 川村 昇吾, 鈴木 かおり, 下川 瑛太, 安居 佑季子, 山岡 尚平, 石田 俊晃, 増口 潔, 山口 信次郎, 河内 孝之
  • Organizer: 日本植物学会第86回大会
• [Presentation] Elucidation of the molecular mechanisms of sexual reproduction using an in vivo system to induce germline cell-like cells in the bryophyte Marchantia polymorpha (2022)
  • Author(s): Tomoaki Kajiwara, Yoshihiro Yoshitake, Megumi Iwano, Shogo Kawamura, Yukiko Yasui, Shohei Yamaoka, Takayuki Kohchi
  • Organizer: 5th IRN France-Japan Frontiers in Plant Biology "Emerging models in plant sciences"
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ゼニゴケを用いたジベレリン様化合物の新奇信号伝達因子の探索 (2022)
  • Author(s): 下川 瑛太、川村 昇吾、Sun Rui、鈴木 かおり、岡部 麻衣子、吉竹 良洋、安居 佑季子、西浜 竜一、山岡 尚平、増口 潔、山口 信次郎、河内 孝之
  • Organizer: 近畿植物学会 第11回講演会
• [Presentation] 苔類ゼニゴケの生殖系列細胞様細胞分化誘導系の構築 (2022)
  • Author(s): 梶原 智明、吉竹 良洋、岩野 恵、川村 昇吾、安居 佑季子、山岡 尚平、河内 孝之
  • Organizer: 第18回 京大植物縦横無尽の会ワークショップ
• [Presentation] Establishment of an in vivo system to induce germline cell-like cells from somatic cells in the bryophyte Marchantia polymorpha (2022)
  • Author(s): Tomoaki Kajiwara, Yoshihiro Yoshitake, Megumi Iwano, Shogo Kawamura, Yukiko Yasui, Shohei Yamaoka, Takayuki Kohchi
  • Organizer: 第45回 日本分子生物学会年会
• [Presentation] Genetic screen for suppressors of a gibberellin-related mutation in the liverwort Marchantia polymorpha (2022)
  • Author(s): Eita Shimokawa, Shogo Kawamura, Rui Sun, Kaori Suzuki, Maiko Okabe, Yoshihiro Yoshitake, Yukiko Yasui, Ryuichi Nishihama, Shohei Yamaoka, Kiyoshi Mashiguchi, Shinjiro Yamaguchi, Takayuki Kohchi
  • Organizer: 第45回 日本分子生物学会年会
• [Presentation] Evolutionally origin of photoperiod dependent germline cells formation pathway in land plants (2022)
  • Author(s): Yoshihiro Yoshitake, Shohei Yamaoka, Shogo Kawamura, Tomoaki Kajiwara, Ryuichi Nishihama, Takayuki Kohchi
  • Organizer: 第45回 日本分子生物学会年会
• [Presentation] MarpolBase Expression: A web-based, comprehensive platform for visualization and insight acquisition out of publicly available transcriptomes of the liverwort Marchantia polymorpha (2022)
  • Author(s): Shogo Kawamura, Facundo Romani, Masaru Yagura, Takako Mochizuki, Mika Sakamoto, Shohei Yamaoka, Ryuichi Nishihama, Yasukazu Nakamura, Katsuyuki T Yamato, John L Bowman, Takayuki Kohchi, Yasuhiro Tanizawa
  • Organizer: 第45回 日本分子生物学会年会
• [Presentation] ゼニゴケにおける生殖系列細胞様細胞の分化誘導系の構築 (2022)
  • Author(s): 梶原 智明、吉竹 良洋、岩野 恵、川村 昇吾、安居 佑季子、山岡 尚平、河内 孝之
  • Organizer: 第5回コケ幹細胞研究会
• [Presentation] 陸上植物における日長依存的な生殖細胞系列決定機構の分子進化 (2022)
  • Author(s): 吉竹 良洋、山岡 尚平、川村 昇吾、梶原 智明、西浜竜一、河内 孝之
  • Organizer: 第5回コケ幹細胞研究会
• [Presentation] Development of a trans-activating system to induce germline cell-like cells from somatic cells in the bryophyte Marchantia polymorpha (2022)
  • Author(s): Tomoaki Kajiwara, Yoshihiro Yoshitake, Megumi Iwano, Shogo Kawamura, Yukiko Yasui, Shohei Yamaoka, Takayuki Kohchi
  • Organizer: Cold Spring Harbar Asia Symposium "Integrative Epigenetics in Plants
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Genetic screen for a non-canonical signaling factor of gibberellin in Marchantia polymorpha (2022)
  • Author(s): Eita Shimokawa, Shogo Kawamura, Rui Sun, Kaori Suzuki, Maiko Okabe, Yoshihiro Yoshitake, Yukiko Yasui, Ryuichi Nishihama, Shohei Yamaoka, Kiyoshi Mashiguchi, Shinjiro Yamaguchi, Takayuki Kohchi
  • Organizer: 19th International Student Seminar
• [Presentation] ゼニゴケにおけるジベレリン新奇信号伝達因子の探索 (2022)
  • Author(s): 下川 瑛太、川村 昇吾、Sun Rui、鈴木 かおり、岡部 麻衣子、吉竹 良洋、安居 佑季子、西浜 竜一、山岡 尚平、増口 潔、山口 信次郎、河内 孝之
  • Organizer: 日本植物生理学会第64回年会
• [Presentation] Screening of novel mutants affecting a gibberellin-related methyltransferase function in Marchantia polymorpha (2022)
  • Author(s): Eita Shimokawa, Shogo Kawamura, Rui Sun, Kaori Suzuki, Yoshihiro Yoshitake, Yukiko Yasui, Ryuichi Nishihama, Shohei Yamaoka, Kiyoshi Mashiguchi, Shinjiro Yamaguchi, Takayuki Kohchi
  • Organizer: 第62回植物生理学会
• [Presentation] 苔類ゼニゴケにおけるジベレリン関連経路を介した生殖器官形成のメチル 基転移酵素によるフィードバック制御 (2021)
  • Author(s): Shogo Kawamura, Rui Sun, Yoshihiro Yoshitake, Ryunosuke Kusunoki, Ryuichi Nishihama, Shohei Yamaoka, Takayuki Kohchi
  • Organizer: 第44 回日本分子生物学会年会