Analysis of signal transduction induced by compatible signals in the Brassicaceae

• Project/Area Number: 23570056
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Plant molecular biology/Plant physiology
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: IWANO Megumi 奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 助教 (50160130)
• Project Period (FY): 2011 – 2013
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000); Fiscal Year 2013: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2012: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2011: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: アブラナ科植物 / カルシウムイオン / 和合受粉 / Calcium ATPase / EDX / Clイオン / Kイオン / 和合シグナル / マイクロダイセクション

Research Abstract

In the Brassicaceae, intraspecific non-self pollen (compatible pollen) can germinate and grow into stigmatic papilla cells, while self pollen or interspecific pollen is rejected at this stage. However, the mechanisms underlying this selective acceptance of compatible pollen remain unclear. Here, using a cell-impermeant calcium indicator, we showed that the compatible pollen coat contains signaling molecule(s) that stimulate Ca2+ export from the papilla cells. Transcriptome analyses of stigmas suggested that autoinhibited Ca2+-ATPase 13 (ACA13) was induced after both compatible pollination and compatible pollen coat treatment. ACA13 protein localized to the plasma membrane. The stigma of a T-DNA insertion line of ACA13 exhibited reduced Ca2+ export, as well as defects in compatible pollen germination and seed production. These findings suggest that stigmatic ACA13 functions in the export of Ca2+ to the compatible pollen tube, which promotes successful fertilization.

Research Products

• [Journal Article] A pollen coat-inducible autoinhibited Ca^<2+>-ATPase expressed in stigmatic papilla cells is required for compatible pollination in the Brassicaceae (2014)
  • Author(s): Iwano, M., Igarashi, M., Tarutani, Y., Kaothien-Nakayama, P., Nakayama, H., Moriyama, H., Yakabe, R., Entani, T., Shimosato-Asano, H., Ueki, M., Tamiya, G., and Takayama, S
  • Journal Title: Plant Cell Volume: 26 (2) Issue: 2 Pages: 636-649
  • DOI: 10.1105/tpc.113.121350
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ca^<2+>-activated reactive oxygen species production by Arabidopsis RbohH and RbohJ is essential for proper pollen tube tip growth (2014)
  • Author(s): Kaya, H., Nakajima, R., Iwano, M., Kanaoka, M., Kimura, S., Takeda, S., Kawarazaki, T., Senzaki, E., Hamamura, H., Higashiyama, T., Takayama, S., Abe, M., and Kuchitsu, K.
  • Journal Title: Plant Cell Volume: 26 (3) Issue: 3 Pages: 1069-1080
  • DOI: 10.1105/tpc.113.120642
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Physiological and Genetic Analysis of CO_2-Induced Breakdown of Self-Incompatibility in Brassica rapa (2014)
  • Author(s): Lao, X., Suwabe, K., Niikura, S., Kakita, M., Iwano, M., and Takayama, S.
  • Journal Title: J Exp Bot. Volume: 65 (4) Issue: 4 Pages: 939-951
  • DOI: 10.1093/jxb/ert438
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cell Type-Specific Transcriptome of Brassicaceae Stigmatic Papilla Cells from a Combination of Laser Microdissection and RNA Sequencing (2013)
  • Author(s): Osaka, M., Matsuda, T., Sakazono, S., Masuko-Suzuki, H., Maeda, S., Sewaki, M., Sone, M., Takahashi, H., Nakazono, M., Iwano, M., Takayama, S., Shimizu, K.K., Yano, K., Lim, Y.P., Suzuki, G., Suwabe, K., and Watanabe, M.
  • Journal Title: Plant Cell Physiol. Volume: 54 (11) Issue: 11 Pages: 1894-1906
  • DOI: 10.1093/pcp/pct133
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Promotion of Cyclic Electron Transport around Photosystem I during the Evolution of NADP-Malic Enzyme-Type C4 Photosynthesis in the Genus Flaveria (2013)
  • Author(s): Nakamura, N., Iwano, M., Havaux, M., Yokota, A., and Munekage, Y.N.
  • Journal Title: New Phytol. Volume: 199 (3) Issue: 3 Pages: 832-842
  • DOI: 10.1111/nph.12296
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A TILLING resource for functional genomics in <i>Arabidopsis thaliana</i> accession C24 (2012)
  • Author(s): Lai, K.-S. Kaothien-Nakayama, P., Iwano, M., and Takayama, S.
  • Journal Title: Genes & Genetic Systems Volume: 87 Issue: 5 Pages: 291-297
  • DOI: 10.1266/ggs.87.291
  • NAID: 10031155693
  • ISSN: 1341-7568, 1880-5779
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cytoplasmic Ca^<2+> changes dynamically during the interaction of the pollen tube with synergid cells (2012)
  • Author(s): Iwano, M., Ngo, Q.A., Entani, T., Shiba, H., Nagai, T., Miyawaki, A, Isogai, A, Grossniklaus, U. and Takayama, S.
  • Journal Title: Development Volume: 139 (22) Issue: 22 Pages: 4202-4209
  • DOI: 10.1242/dev.081208
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] BslA(YuaB) forms a hydrophobic layer on the surface of Bacillus subtilis biofilms (2012)
  • Author(s): Kobayashi, K. and Iwano, M.
  • Journal Title: Mol Microbiol. Volume: 85 (1) Issue: 1 Pages: 51-66
  • DOI: 10.1111/j.1365-2958.2012.08094.x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Self/non-self discrimination in angiosperm self-incompatibility (2012)
  • Author(s): Iwano, M. and Takayama S.
  • Journal Title: Curr Opin Plant Biol. Volume: 15 (1) Issue: 1 Pages: 78-83
  • DOI: 10.1016/j.pbi.2011.09.003
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A TILLING resource for functional genomics in Arabidopsis thaliana accession C24 (2012)
  • Author(s): Lai KS, Kaothien-Nakayama P, Iwano M, Takayama S.
  • Journal Title: Genes Genet Syst. Volume: 87 Pages: 291-297
  • NAID: 10031155693
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] HMG domain containing SSRP1 is required for DNA demethylation and genomic imprinting in Arabidopsis (2011)
  • Author(s): 池田陽子, 他8名
  • Journal Title: Developmental Cell Volume: 21 Issue: 3 Pages: 589-596
  • DOI: 10.1016/j.devcel.2011.08.013
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Glycosylation regulates specific induction of rice immune responses by Acidovorax avenae flagellin (2011)
  • Author(s): Hirai, H., Takai, R., Iwano, M., Nakai, M., Kondo, M., Takayama, S.Isogai, A., and Che, F.S.Hirai, H., Takai, R., Iwano, M., Nakai, M., Kondo, M., Takayama, S.Isogai, A., and Che, F.S.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 286 (29) Issue: 29 Pages: 25519-25530
  • DOI: 10.1074/jbc.m111.254029
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Activity of the C-terminal-dependent vacuolar sorting signal of horseradish peroxidase C1a is enhanced by its secondary structure (2011)
  • Author(s): Matsui, T., Tabayashi, A., Iwano, M., Shinmyo, A., Kato, K., and Nakayama, H.
  • Journal Title: Plant Cell Physiol. Volume: 52 (2) Issue: 2 Pages: 413-420
  • DOI: 10.1093/pcp/pcq205
  • NAID: 10029709233
  • Peer Reviewed
• [Presentation] アブラナ科植物の和合・不和合受粉過程における情報伝達系の解析 (2014)
  • Author(s): 岩野恵, 伊藤花菜江, 浅野(下里)裕子, 五十嵐元子, 高山誠司
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 富山大学(富山)
  • Year and Date: 2014-03-18
• [Presentation] 岩野恵、伊藤花菜江、五十嵐元子、浅野(下里)裕子、高山誠司 (2014)
  • Author(s): アブラナ科植物の和合・不和合受粉過程における情報伝達系の解析
  • Organizer: 植物生理学会
  • Place of Presentation: 富山大学五福キャンパス（富山県富山市）
  • Invited
• [Presentation] Search for Genes Involved in Cross- and Self-Pollination in the Brassicaceae (2014)
  • Author(s): Igarashi M, Ohara K, Iwano M, Fujita M, Kurata N, Takayama S
  • Organizer: 植物生理学会
  • Place of Presentation: 富山大学五福キャンパス（富山県富山市）
• [Presentation] STEM トモグラフィーを用いたシロイヌナズナの受精過程の解析 (2014)
  • Author(s): 堀井真人、岩野恵、森稔幸、高山誠司
  • Organizer: 植物生理学会
  • Place of Presentation: 富山大学五福キャンパス（富山県富山市）
• [Presentation] アブラナ科植物自家不和合性の分子メカニズム (2013)
  • Author(s): 岩野恵, 伊藤花菜江, 浅野(下里)裕子, 五十嵐元子, 岩尾康宏, 高山誠司
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場(神戸)
  • Year and Date: 2013-12-04
• [Presentation] 岩野 恵、伊藤 花菜江、浅野(下里)裕子、五十嵐 元子、岩尾 康宏、高山 誠司 (2013)
  • Author(s): アブラナ科植物自家不和合性の分子メカニズム
  • Organizer: 分子生物学会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（兵庫県神戸市）
  • Invited
• [Presentation] Molecular mechanisms of self-incompatibility in the Brassicaceae (2012)
  • Author(s): Iwano, M.
  • Organizer: International Symposium on the Mechanisms of Sexual Reproduction in Animals and Plants
  • Place of Presentation: 名古屋ガーデンパレス(名古屋)
  • Year and Date: 2012-11-14
• [Presentation] アブラナ科植物の自家不和合性の分子機構 (2012)
  • Author(s): 岩野恵, 伊藤花菜江, 浅野(下里)裕子, 小池千恵子, 高山誠司
  • Organizer: 第83回日本動物学会関連集会「受精研究の現在とこれから〜普遍性と多様性、そして進化の解明を目指して」
  • Place of Presentation: 大阪大学(大阪)
  • Year and Date: 2012-09-13
• [Presentation] バイオイメージングによるアブラナ科植物自家不和合性の生理学的解析 (2012)
  • Author(s): 岩野恵, 伊藤花菜江, 小池千恵子, 永井里奈, 高山誠司
  • Organizer: 第68回日本顕微鏡学会シンポジウム「バイオイメージングにより明らかにされた動・植物の有性生殖メカニズム」
  • Place of Presentation: つくば国際会議場(筑波)
  • Year and Date: 2012-05-14
• [Presentation] Molecular mechanisms of self-incompatibility in Brassicaceae (2012)
  • Author(s): Iwano, M.
  • Organizer: XXII International Congress on Sexual Plant Reproduction
  • Place of Presentation: University of Melbourne(Australia)
  • Year and Date: 2012-02-14
• [Presentation] Molecular mechanisms of self-incompatibility in Brassicaceae (2012)
  • Author(s): Iwano, M., Ito, K., Takayama, S.
  • Organizer: XXII International Congress on Sexual Plant Reproduction(招待講演)
  • Place of Presentation: University of Melbourne （Australia）
• [Presentation] アブラナ科植物の受粉過程におけるCa^<2+>の関与 (2011)
  • Author(s): 岩野恵
  • Organizer: 第12回医学生物学電子顕微鏡シンポジウム
  • Place of Presentation: 浜松市駅ビル「メイワン」(静岡)
  • Year and Date: 2011-11-26
• [Presentation] アブラナ科植物受粉過程の超高圧電顕トモグラフィー解析 (2011)
  • Author(s): 岩野恵
  • Organizer: 超高圧電子顕微鏡センター医学・生物学系共同利用研究報告会
  • Place of Presentation: 大阪大学(大阪)
  • Year and Date: 2011-11-22
• [Presentation] 電子線トモグラフィーによる植物細胞オルガネラの可視化技術の開発 (2011)
  • Author(s): 岩野恵
  • Organizer: 植物電子顕微鏡若手ワークショップ2011
  • Place of Presentation: 理化学研究所(横浜)
  • Year and Date: 2011-11-21
• [Presentation] アブラナ科植物自家・他家受粉過程で機能するCa2+輸送体の探索 (2011)
  • Author(s): 岩野恵、永井里奈、円谷徹之、高山誠司
  • Organizer: 第27回医学生物学電子顕微鏡技術学会
  • Place of Presentation: 四国大学（徳島）
• [Presentation] 電子線トモグラフィーによる植物細胞オルガネラの可視化技術の開発 (2011)
  • Author(s): 岩野 恵
  • Organizer: 植物電子顕微鏡若手ワークショップ2011(招待講演)
  • Place of Presentation: 理化学研究所（神奈川）
• [Presentation] アブラナ科植物受粉過程の超高圧電顕トモグラフィー解析 (2011)
  • Author(s): 岩野 恵
  • Organizer: 超高圧電子顕微鏡センター 医学・生物学系共同利用研究報告会(招待講演)
  • Place of Presentation: 大阪大学（大阪）
• [Presentation] アブラナ科植物の受粉過程におけるCa2+の関与 (2011)
  • Author(s): 岩野 恵
  • Organizer: 第12回医学生物学電子顕微鏡シンポジウム(招待講演)
  • Place of Presentation: 浜松市駅ビル「メイワン」、 （静岡）
• [Presentation] Molecular mechanisms of self-incompatibility in the Brassicaceae
  • Author(s): Iwano, M.
  • Organizer: International Symposium on the Mechanisms of Sexual Reproduction in Animals and Plants
  • Place of Presentation: 愛知県名古屋市
  • Invited
• [Presentation] バイオイメージングによるアブラナ科植物自家不和合性の生理学的解析
  • Author(s): 岩野 恵, 伊藤花菜江, 小池千恵子, 永井里奈, 高山誠司
  • Organizer: 第68回日本顕微鏡学会シンポジウム
  • Place of Presentation: 茨城県つくば市
  • Invited
• [Presentation] STEMトモグラフィー法による植物細胞微細構造の3D解析
  • Author(s): 岩野 恵，高山誠司
  • Organizer: 第28回医学生物学電子顕微鏡学会
  • Place of Presentation: 岩手県盛岡市
• [Presentation] アブラナ科植物の自家不和合性の分子機構
  • Author(s): 岩野 恵, 伊藤花菜江, 浅野（下里）裕子, 小池千恵子, 高山誠司
  • Organizer: 第83回日本動物学会関連集会
  • Place of Presentation: 大阪府豊中市
  • Invited
• [Book] 被子植物の受精1-自家不和合性因子の多様性と共通原理(第6章)、「動植物の受精学共通機構と多様性(澤田均編)」 (2014)
  • Author(s): 岩野恵, 掛田克行, 土屋亨
  • Publisher: 化学同人
• [Book] Heidelberg, Self-incompatibility in the Brassicaceae,"Sexual Reproduction in Animals and Plants (H. Sawada, N. Inoue, M. Iwano : Eds.)" (2014)
  • Author(s): Iwano, M., K. Ito, H. Shimosato-Asano, K.S. Lai, S. Takayama
  • Publisher: Springer
• [Book] Sexual Reproduction in Animals and Plants (2014)
  • Author(s): M. Iwano, K. Ito, H. Shimosato-Asano, K.S. Lai, S. Takayama.
  • Total Pages: 480
  • Publisher: Springer, Heidelberg
• [Book] 動植物の受精学 共通機構と多様性 (2014)
  • Author(s): 岩野恵、掛田克行、土屋亨
  • Total Pages: 352
  • Publisher: 化学同人
• [Book] 花粉の世界をのぞいてみたら(医学生物学電子顕微鏡学会編) (2012)
  • Author(s): 岩野恵
  • Total Pages: 368
  • Publisher: 株式会社エヌ・ティ・エス
• [Book] 花粉の世界をのぞいてみたら (2012)
  • Author(s): 岩野 恵
  • Total Pages: 1
  • Publisher: 株式会社エヌ・ティー・エス
• [Remarks] 奈良先端科学技術大学院大学バイオサイエンス研究科高山研究室ホームページ
  • URL: http://bsw3.naist.jp/takayama