Key-Molecule-Network in Plant Reproduction

• Project/Area Number: 22K21352
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (International Leading Research )
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 東山 哲也 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (00313205)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 土松 隆志 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (60740107) ; 岩田 洋佳 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (00355489) ; 河内 孝之 京都大学, 生命科学研究科, 教授 (40202056) ; 那須田 周平 京都大学, 農学研究科, 教授 (10273492) ; 工藤 洋 京都大学, 生態学研究センター, 教授 (10291569) ; 植田 美那子 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (20598726) ; 大林 武 東北大学, 情報科学研究科, 教授 (50397048) ; 榊原 恵子 立教大学, 理学部, 准教授 (90590000) ; 佐藤 良勝 名古屋大学, トランスフォーマティブ生命分子研究所, 特任准教授 (30414014)
• Project Period (FY): 2022-12-20 – 2029-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥689,000,000 (Direct Cost: ¥530,000,000、Indirect Cost: ¥159,000,000); Fiscal Year 2028: ¥105,300,000 (Direct Cost: ¥81,000,000、Indirect Cost: ¥24,300,000); Fiscal Year 2027: ¥105,300,000 (Direct Cost: ¥81,000,000、Indirect Cost: ¥24,300,000); Fiscal Year 2026: ¥105,300,000 (Direct Cost: ¥81,000,000、Indirect Cost: ¥24,300,000); Fiscal Year 2025: ¥105,300,000 (Direct Cost: ¥81,000,000、Indirect Cost: ¥24,300,000); Fiscal Year 2024: ¥105,300,000 (Direct Cost: ¥81,000,000、Indirect Cost: ¥24,300,000); Fiscal Year 2023: ¥71,500,000 (Direct Cost: ¥55,000,000、Indirect Cost: ¥16,500,000); Fiscal Year 2022: ¥91,000,000 (Direct Cost: ¥70,000,000、Indirect Cost: ¥21,000,000)
• Keywords: 植物生殖 / 鍵分子ネットワーク / 分子科学 / 大規模データ科学 / 国際的次世代若手リーダー

Outline of Research at the Start

進化・適応・育種の観点から、植物生殖の鍵分子ネットワークを構成する重要な鍵分子とその機能は何か、日欧のトップ研究者を結集して解明する。実験室における鍵分子機能の研究（分子科学）とフィールドにおける植物システムの研究（大規模データ科学）を融合する。多くの知見を発表し、画期的な技術・装置・データベース・数理モデルを創出する。特に、1)環境応答、2)ゲノム柔軟性、3)細胞間コミュニケーション、4)生殖発生を重要課題とする。7つのテクノロジーユニットも設置する。若手育成は、1)ネットワーキング、2)異分野融合、3)挑戦を重視して進め、in-house grant制度により異分野融合及び成長を促す。

Outline of Annual Research Achievements

植物生殖は植物の種の存続のみならず、穀物生産を介して人類の生存も支えている。近年、植物生殖の鍵となる生理活性分子や転写調節因子などの分子同定が進んでいる。しかし、これらの鍵分子群が、野外の植物の生殖、育種、進化においていかに重要であるのか、明らかではない。鍵分子群がどのような作動原理で分子ネットワークをつくり（鍵分子ネットワークと呼ぶ）、環境の変化、育種、進化においてどのような役割を果たしているのか、解明が期待される。本研究では、最先端の分子科学と大規模データ科学を両輪に、本分野を先導する日欧の研究者を結集する。学生およびポスドクが独立テーマにより本研究を推進することで、鍵分子ネットワークの解明および優れた国際的若手PIの育成の両者を達成する。本年度は、2グループで学生・ポスドクの派遣の手続きを開始するとともに、国内の複数機関にまたがる本プロジェクトを推進するにあたっての柱となるホームページの準備を進めた。ホームページの準備に合わせ、体制に基づいて各担当が準備を進めた。また、代表者がメインオーガナイザーの一人を務める大規模な国際会議ICAR2023が次年度6月に幕張で開催されるのに合わせ、セッションの共催と、直前に東京大学でキックオフシンポジウムを開催することを決めた。ヨーロッパでのキックオフシンポジウムも計画している。研究計画に基づき、個別の訪問、研究交流も開始した。内容や件数等の詳細はホームページを通じて公開していく予定である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

派遣先での受入手続きに時間を要したり、ホームページの発注手続きに時間を要したりなどの状況はあるが、研究計画にもとづきキックオフに向けた複数の準備を並行して進めるなど、おおむね順調に進展していると判断する。

Strategy for Future Research Activity

本研究の核心的な問いは、進化、適応、育種の観点から、植物生殖において鍵分子ネットワークを構成する重要な鍵分子とその機能は何かという問いである。実験室における植物生殖の鍵分子機能の研究（分子科学）とフィールドにおける植物システムの研究（大規模データ科学）を融合する。多くの知見を発表し、画期的な技術・装置・データベース・数理モデルを創出する。
環境応答グループでは、季節の感知による花成や環境適応など、野外での定点観測に優れた植物ならではのアプローチで挑むことのできる、興味深い現象の鍵分子群の同定および数理モデルの導出を達成する。ゲノム柔軟性グループでは、植物の大きな特徴の一つである、核相や生殖系列の柔軟性、クロマチン制御について、植物科学が得意とする遺伝学も駆使して鍵分子ネットワークを解明する。細胞間コミュニケーショングループは、複雑な雌しべ組織で起こる多段階の細胞間コミュニケーションによる受精・遺伝、その劇的な分子進化を解明し、自在な細胞間コミュニケーションのデザイン・改変により理解を証明する。生殖発生グループでは、受精卵からの初期胚発生やゲノムインプリンティングを中心として、父母のゲノムを合わせた1細胞から組織や個体が発生する仕組みの鍵分子ネットワークを解明する。
若手育成においては、植田を留学支援センター長に、林を広報センター長に配置し、メンバーの活躍を強力に発信する。1)ネットワーキング、2)異分野融合、3)挑戦、の3点を重視する。
特に次年度は、派遣を本格化し、プロジェクトの活動についてホームページを通じて発信する。本プロジェクト内でのin-house grant制度を立ち上げる。国内外でのネットワーキング、異分野融合を加速する。これらを通じて、植物生殖における鍵分子ネットワークの理解を進めるとともに、プロジェクトに参加する学生・ポスドクのビジビリティーを高める。

Research Products

• [Int'l Joint Research] チューリッヒ大学(スイス)
• [Int'l Joint Research] グレゴールメンデル研究所(オーストリア)
• [Int'l Joint Research] ジョンイネスセンター(英国)
• [Int'l Joint Research] サクレ―大学(フランス)
• [Int'l Joint Research] テクニオン(イスラエル)
• [Journal Article] What can hornworts teach us? (2023)
  • Author(s): Frangedakis Eftychios、Marron Alan O.、Waller Manuel、Neubauer Anna、Tse Sze Wai、Yue Yuling、Ruaud Stephanie、Waser Lucas、Sakakibara Keiko、Sz?v?nyi P?ter
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 14 Pages: 1108027-1108027
  • DOI: 10.3389/fpls.2023.1108027
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Novel inhibitors of microtubule organization and phragmoplast formation in diverse plant species (2023)
  • Author(s): Kimata Yusuke、Yamada Moe、Murata Takashi、Kuwata Keiko、Sato Ayato、Suzuki Takamasa、Kurihara Daisuke、Hasebe Mitsuyasu、Higashiyama Tetsuya、Ueda Minako
  • Journal Title: Life Science Alliance Volume: 6 Issue: 5 Pages: 1657-1657
  • DOI: 10.26508/lsa.202201657
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Poly(A) polymerase 1 contributes to competence acquisition of pollen tubes growing through the style in <i>Arabidopsis thaliana</i> (2023)
  • Author(s): Ramming Anna、Kappel Christian、Kanaoka Masahiro M.、Higashiyama Tetsuya、Lenhard Michael
  • Journal Title: The Plant Journal Volume: 114 Issue: 3 Pages: 651-667
  • DOI: 10.1111/tpj.16162
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Genome editing approaches using reproductive cells/tissues in flowering plants (2023)
  • Author(s): Toda Erika、Kato Norio、Higashiyama Tetsuya、Okamoto Takashi
  • Journal Title: Frontiers in Genome Editing Volume: 4 Pages: 1085023-1085023
  • DOI: 10.3389/fgeed.2022.1085023
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Time‐series multispectral imaging in soybean for improving biomass and genomic prediction accuracy (2022)
  • Author(s): Sakurai Kengo、Toda Yusuke、Kajiya‐Kanegae Hiromi、Ohmori Yoshihiro、Yamasaki Yuji、Takahashi Hirokazu、Takanashi Hideki、Tsuda Mai、Tsujimoto Hisashi、Kaga Akito、Nakazono Mikio、Fujiwara Toru、Iwata Hiroyoshi
  • Journal Title: The Plant Genome Volume: 15 Issue: 4
  • DOI: 10.1002/tpg2.20244
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Development of a high-throughput field phenotyping rover optimized for size-limited breeding fields as open-source hardware (2022)
  • Author(s): Kuroki Ken、Yan Kai、Iwata Hiroyoshi、Shimizu Kentaro K.、Tameshige Toshiaki、Nasuda Shuhei、Guo Wei
  • Journal Title: Breeding Science Volume: 72 Issue: 1 Pages: 66-74
  • DOI: 10.1270/jsbbs.21059
  • NAID: 130008158306
  • ISSN: 1344-7610, 1347-3735
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Genomic Prediction of Green Fraction Dynamics in Soybean Using Unmanned Aerial Vehicles Observations (2022)
  • Author(s): Toda Yusuke、Sasaki Goshi、Ohmori Yoshihiro、Yamasaki Yuji、Takahashi Hirokazu、Takanashi Hideki、Tsuda Mai、Kajiya-Kanegae Hiromi、Lopez-Lozano Raul、Tsujimoto Hisashi、Kaga Akito、Nakazono Mikio、Fujiwara Toru、Baret Frederic、Iwata Hiroyoshi
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 13 Pages: 828864-828864
  • DOI: 10.3389/fpls.2022.828864
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A novel function for the sperm adhesion protein IZUMO1 in cell?cell fusion (2022)
  • Author(s): Brukman Nicolas G.、Nakajima Kohdai P.、Valansi Clari、Flyak Kateryna、Li Xiaohui、Higashiyama Tetsuya、Podbilewicz Benjamin
  • Journal Title: Journal of Cell Biology Volume: 222 Issue: 2
  • DOI: 10.1083/jcb.202207147
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Towards data-driven breeding - combining genomics and high throughput phenotyping (2023)
  • Author(s): 那須田周平
  • Organizer: 京都大学－チューリヒ大学 戦略的パートナーシップ ジョイントシンポジウム2023
  • Int'l Joint Research / Invited