ヒメツリガネゴケ生殖器官の雌雄決定機構の解明

Research Project

Project/Area Number	22K15146
Research Category	Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Basic Section 44030:Plant molecular biology and physiology-related
Research Institution	Rikkyo University
Principal Investigator	小田原瑛美子 (養老瑛美子) 立教大学, 理学部, 助教 (40802054)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2024-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000) Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000) Fiscal Year 2022: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Keywords	生殖器官 / コケ植物 / 雌雄決定 / ヒメツリガネゴケ / 転写因子 / RKD
Outline of Research at the Start	植物は、動物とは異なる多様な性表現を示す。少なくとも被子植物では、性起源は両性花を着生する両全性とされ、限られた雌雄異株性の数種で性決定遺伝子が同定されている。一方、コケ植物では被子植物に比べて雌雄異株の種が多く、雌雄異株を起源として雌雄同株化が後で生じた可能性が高い。雌雄同株で、尚且つ、同一茎頂に雌雄両方の生殖器官を形成するヒメツリガネゴケにおいて、生殖器官の雌雄の運命決定機構の大部分は未解明である。研究代表者は既に、ヒメツリガネゴケ生殖器官の雌化のマスター因子を見出した。本研究では、この雌化のマスター因子の機能を足がかりとして、ヒメツリガネゴケの生殖器官の雌雄決定機構の解明を目指す。
Outline of Annual Research Achievements	植物は、動物とは異なる多様な性表現を示す。少なくとも被子植物では、性起源は両性花を着生する両全性とされ、限られた雌雄異株性の数種で性決定遺伝子が同定されていたが、コケ植物では被子植物に比べて雌雄異株の種が多く、性決定については雌雄異株のゼニゴケにおいてのみ同定されている。雌雄同株で、尚且つ、同一茎頂に雌雄両方の生殖器官を形成するヒメツリガネゴケにおいて、生殖器官の雌雄の運命決定機構の大部分は未解明である。申請者は既に、ヒメツリガネゴケ生殖器官の雌化のマスター因子を見出した。本研究では、この雌化のマスター因子の機能を足がかりとして、ヒメツリガネゴケの生殖器官の雌雄決定機構の解明を目指す。まず、既に同定していた雌化のマスター因子の終止コドン直前にレポーター遺伝子をノックインした株で、発現パターンを明らかにした。次に、生殖器官のカルコフロー染色および透明化により、共焦点レーザー顕微鏡を用いて、発生初期から細胞系譜の観察手法を確立した。また、この雌化のマスター因子について、その他のコケ植物との機能の保存性を検証するため、ツノゴケ類やタイ類のオルソログcDNAをクローニングした。今後、ヒメツリガネゴケの変異株に導入し、機能相補実験を行うことで、進化的な機能の保存性についても検証する予定である。さらに、雌化のマスター因子の変異株および異所的発現株を用い、野生株との比較RNAシークエンス解析を実施した。これらの発現変動遺伝子のうち、生殖器官特異的に発現する遺伝子であるもの等候補を絞り込み、雌化のマスター因子が制御する下流遺伝子を同定していく。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 雌化のマスター因子のレポーター遺伝子ノックイン株の形質転換および選抜、発現パターンの解析も順調に進んでいる。生殖器官の共焦点レーザー顕微鏡を用いた観察手法についても確立した。雌化のマスター因子の変異株や、異所的発現株のRNAシークエンスも実施し、マスター因子により制御される、生殖器官の雌雄それぞれの発生過程で機能すると予測される遺伝子候補のリストを得た。以上、初年度に計画していた実験は概ね問題なく進行している。
Strategy for Future Research Activity	まず、昨年度得られた雌化のマスター因子のレポーター遺伝子ノックイン株が示す発現パターンと変異株作製の表現型の解釈を進め、想定している雌化のマスター因子候補の生殖器官発生における機能を明らかにする。その際、変異株や異所的発現株の生殖器官の詳細な生殖器官の表現型解析については、昨年度確立した共焦点レーザー顕微鏡を用いた観察手法を用いる。また、進化的な機能の保存性の検証を進めるため、昨年度クローニングしたその他のコケ植物であるツノゴケ類やタイ類のオルソログcDNAを用い、異所的発現誘導の系で、ヒメツリガネゴケ変異株背景で機能相補実験を計画している。また、今年度は陸上植物に近縁な藻類のオルソログcDNAのクローニングも進める予定である。さらに、昨年度得られた、雌化のマスター因子の変異株および異所的発現株を用いた比較RNAシークエンス解析の発現変動遺伝子のうち、下流候補遺伝子のシス配列の調査を進めている。今後は、直接の下流遺伝子の候補の機能解析も進める予定にしている。今年度はこれらのデータをまとめてヒメツリガネゴケ生殖器官の雌雄決定の分子機構についての成果発表をする予定である。