陸上植物における生殖細胞分化の鍵メカニズムの解明

• Project Area: Determining the principles of the birth of new plant species: molecular elucidation of the lock-and-key systems in sexual reproduction
• Project/Area Number: 17H05841
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 山岡 尚平 京都大学, 生命科学研究科, 准教授 (00378770)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000); Fiscal Year 2018: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2017: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: 生殖細胞 / 配偶子形成 / 転写因子 / 陸上植物 / ゼニゴケ / bHLH / 生殖器官 / 発生・分化 / 生殖系列

Outline of Annual Research Achievements

(1) BNB転写因子複合体の同定と機能解析：bHLHは一般に二量体形成して機能する。bHLH転写因子LRL/DROPもシロイヌナズナ花粉の精細胞形成に必要である(Zhang et al. Nat. Plants 2017)。LRLホモログはシロイヌナズナに５遺伝子、ゼニゴケに１遺伝子(MpLRL)あり、根系発生にも関わる(Breuninger et al. Curr. Biol. 2016)。本研究ではMpBNBとMpLRLの相互作用を示し、シロイヌナズナ転写因子ライブラリー(Mitsuda et al. PCP 2010)のスクリーニングによりBNB2とLRLの相互作用を示した（産総研・光田展隆博士との共同研究）。ゼニゴケのMpLRLノックアウト株は仮根形成に加え、MpBNB活性化による生殖器托形成を喪失した。したがって、LRLは多面的な機能をもち、BNBと結合して進化的に保存されたbHLH複合体を形成して生殖細胞分化に関わると考えられる。
(2) MpFGMYB/SUFによるゼニゴケ性分化の制御：MpBNBの標的候補の１つとして、メス特異的に発現する転写因子MpFGMYBを見出した。同遺伝子座の逆鎖ではSUFと名付けたノンコーディングRNAがオスで高発現していた。奈良先端大・中島敬二グループとの共同研究により、MpFGMYB/SUFは「双方向性の転写スイッチ」としてゼニゴケの性分化をコントロールしており、X染色体下ではMpFGMYBが発現してメス化を、Y染色体下ではSUFがMpFGMYBの転写をin cisで抑制することでオス化を引き起こすことを示した(Hisanaga et al., EMBO J. 2019)。
(3)　MpBNBの標的遺伝子の機能解析：MpBNBの標的候補のひとつメチル基転移酵素遺伝子がゼニゴケ葉状体の発生制御に関わることを見出した。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] A cis-acting bidirectional transcription switch controls sexual dimorphism in the liverwort. (2019)
  • Author(s): Hisanaga T, Okahashi K, Yamaoka S, Kajiwara T, Nishihama R, Shimamura M, Yamato KT, Bowman JL, Kohchi T, Nakajima K.
  • Journal Title: EMBO J. Volume: 38 Issue: 6
  • DOI: 10.15252/embj.2018100240
  • NAID: 120006547401
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Loss of CG Methylation in Marchantia polymorpha Causes Disorganization of Cell Division and Reveals Unique DNA Methylation Regulatory Mechanisms of Non-CG Methylation. (2018)
  • Author(s): Ikeda Y, Nishihama R, Yamaoka S, Arteaga-Vazquez MA, Aguilar-Cruz A, Grimanelli D, Pogorelcnik R, Martienssen RA, Yamato KT, Kohchi T, Hirayama T, Mathieu O.
  • Journal Title: Plant Cell Physiol. Volume: 12 Pages: 2421-2431
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy161
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Generative Cell Specification Requires Transcription Factors Evolutionarily Conserved in Land Plants (2018)
  • Author(s): Yamaoka, S., Nishihama, R., Yoshitake, Y., Ishida, S., Inoue, K., Saito, M., Okahashi, K., Bao, H., Nishida, H., Yamaguchi, K., Shigenobu, S., Ishizaki, K., Yamato, K.T., and Kohchi, T.
  • Journal Title: Current Biology Volume: 28 Issue: 3 Pages: 479-486
  • DOI: 10.1016/j.cub.2017.12.053
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Insights into Land Plant Evolution Garnered from the Marchantia polymorpha Genome. (2017)
  • Author(s): Bowman J, Kouchi T,..(106名）..Yokoyama R, ..(4名)
  • Journal Title: Cell Volume: 171 Issue: 2 Pages: 287-304
  • DOI: 10.1016/j.cell.2017.09.030
  • NAID: 120006353839
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Gibberellin Precursor Is Involved in Sexual Organ Formation in the Liverwort Marchantia polymorpha (2019)
  • Author(s): Rui Sun, Ran Wang, Ryunosuke Kusunoki, Keisuke Inoue, Ryuichi Nishihama, Shohei Yamaoka, Takayuki Kohchi
  • Organizer: 第60回日本植物生理学会年会
• [Presentation] メチル基転移酵素ファミリー遺伝子による苔類ゼニゴケの生殖器官形成の制御 (2019)
  • Author(s): 川村昇吾，山岡尚平，楠龍之介，Rui Sun，西浜竜一，河内孝之
  • Organizer: 第60回日本植物生理学会年会
• [Presentation] 苔類ゼニゴケにおけるX染色体上の性決定遺伝子の探索 (2019)
  • Author(s): 岩崎美雪，山岡尚平，梶原智明，宮﨑基，末次憲之，吉竹良洋，西浜竜一，大和勝幸，河内孝之
  • Organizer: 第60回日本植物生理学会年会
• [Presentation] MpBONOBO転写複合体による苔類ゼニゴケの生殖器官形成の制御 (2019)
  • Author(s): 齊藤美咲，山岡尚平，吉竹良洋，光田展隆，西浜竜一，河内孝之
  • Organizer: 第60回日本植物生理学会年会
• [Presentation] 異所的な分裂組織を形成するゼニゴケeda1変異体の解析 (2018)
  • Author(s): 毛利遊野，大谷健人，山岡尚平，西浜竜一，河内孝之，高橋卓，本瀬宏康
  • Organizer: 第60回日本植物生理学会年会
• [Presentation] ゼニゴケMarchantiapolymorphaと珪藻Nitzschiasp.NIES4239のゲノム解析 (2018)
  • Author(s): 望月孝子，谷澤靖洋，山岡尚平，西浜竜一，金澤建彦，Sean A. Montgomery，Chang Liu， Bence Galik，Frederic Berger，上田貴志，大和勝幸，河内孝之，谷藤吾朗，神川龍馬，中村保一
  • Organizer: 第60回日本植物生理学会年会
• [Presentation] 陸上植物の生殖細胞分化に必要な転写因子BONOBOの同定と標的遺伝子の探索 (2018)
  • Author(s): 山岡尚平, 西浜竜一, 吉竹良洋, 石田咲子, 井上佳祐, 齋藤美咲, 岡橋啓太郎, 包昊南, 西田浩之, 山口勝司, 重信秀治, 石崎公庸, 大和勝幸, 河内孝之
  • Organizer: 日本植物学会第82回大会
• [Presentation] ゼニゴケにおけるDNAメチル化制御 (2018)
  • Author(s): 池田陽子, 西浜竜一, 山岡尚平, ARTEAGA‐VAZQUEZ Mario. A, GRIMANELLI Daniel, MARTIENSSEN Robert A., POGORELCNIK Romain, MATHIEU Olivier, 大和勝幸, 河内孝之, 平山隆志
  • Organizer: 日本植物学会第82回大会
• [Presentation] 母性遺伝メカニズムの解明に向けたクラミドモナス有性生殖のゲノム編集アプローチ (2018)
  • Author(s): 浜地貴志, 山岡尚平, 鹿内利治, 西村芳樹
  • Organizer: 日本植物学会第82回大会
• [Presentation] 転写因子BONOBOの機能に必要な相互作用因子の同定 (2018)
  • Author(s): 齊藤美咲, 山岡尚平, 吉竹良洋, 光田展隆, 西浜竜一, 河内孝之
  • Organizer: 日本植物学会第82回大会
• [Presentation] クローナル解析で究明する苔類ゼニゴケの無性芽発生パターンとオーキシン受容体MpTIR1の役割 (2018)
  • Author(s): 鈴木秀政, HARRISON Jill, 嶋村正樹, 山岡尚平, 河内孝之, 西浜竜一
  • Organizer: 日本植物学会第82回大会
• [Presentation] 転写因子BONOBOは陸上植物の生殖系列細胞の分化に必要である (2018)
  • Author(s): 山岡尚平, 西浜 竜一, 吉竹良洋, 石田咲子, 井上佳祐, 齊藤美咲, 岡橋啓太郎, 包昊南, 西田 浩之, 山口勝司, 重信秀治, 石崎公庸, 大 和勝幸, 河内孝之
  • Organizer: 第59回日本植物生理学会年会
• [Presentation] ゼニゴケ・ゲノムにおける植物ホルモン生合成・シグナル伝達系遺伝子 (2018)
  • Author(s): 山岡尚平, 西浜竜一, 石崎公庸, 大和勝幸, 河内孝之
  • Organizer: 日本農芸化学会2017年度大会
• [Presentation] Gibberellin-independent functional conservation of DELLA protein in the basal land plant Marchantia polymorpha (2018)
  • Author(s): Rui Sun, 井上佳祐, 楠竜之介, 山岡尚平, 西浜竜一, 河内孝之
  • Organizer: 第59回日本植物生理学会年会
• [Presentation] 苔類ゼニゴケ再生過程におけるMpESRの機能解析 (2018)
  • Author(s): 石田咲子, 山岡尚平, 山口勝司, 重信秀治, 小嶋美紀子, 竹林裕美子, 榊原均, 河内孝之, 西浜竜一
  • Organizer: 第59回日本植物生理学会年会
• [Presentation] Exploring the physiological functions of gibberellin (GA)-related diterpenes in the liverwort Marchantia polymorpha (2018)
  • Author(s): Rui Sun, 井上佳祐, 楠竜之介, 山岡尚平, 西浜竜一, 河内孝之
  • Organizer: 日本農芸化学会2017年度大会
• [Presentation] 枝状突起を形成する新奇ゼニゴケ変異体eda1の解析 (2018)
  • Author(s): 毛利遊野，大谷健人，山岡尚平，西浜竜一，河内孝之，高橋卓，本瀬宏康
  • Organizer: 第59回日本植物生理学会年会
• [Presentation] Marpolbase: ゼニゴケゲノムデータベースの構築 (2018)
  • Author(s): 望月孝子，谷澤靖洋，長崎英樹，山岡尚平，西浜竜一，金澤建彦，上田貴志，大和勝幸，河内孝之， 中村保一
  • Organizer: 第59回日本植物生理学会年会
• [Presentation] BONOBOs Are Evolutionarily Conserved Transcription Factors for Germ Cell Fate Determination in Land Plants (2017)
  • Author(s): Shohei Yamaoka, Ryuichi Nishihama, Yoshihiro Yoshitake, Sakiko Ishida, Keisuke Inoue, Misaki Saito, Keitaro Okahashi, Haonan Bao, Hiroyuki Nishida, Katsushi Yamaguchi, Shuji Shigenobu, Kimitsune Ishizaki, Katsuyuki T. Yamato, Takayuki Kohchi
  • Organizer: The 65th NIBB Conference Renaissance of Marchantia polymorpha ‐the genome and beyond‐
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The transcription factor BONOBO controls sexual organ development in the basal land plant Marchantia polymorpha(基部陸上植 物ゼニゴケにおいて転写因子 BONOBO は生殖器官形成を統御する) (2017)
  • Author(s): Shohei Yamaoka, Keisuke Inoue, Ryuichi Nishihama, Katsushi Yamaguchi, Shuji Shigenobu, Kimitsune Ishizaki, Katsuyuki T. Yamato, Takayuki Kohchi
  • Organizer: 50th Annual Meeting of the Japanese Society of Developmental Biologists
• [Presentation] The sole auxin receptor gene MpTIR1 is dispensable for cell survival but required for development in the liverwort Marchantia polymorpha (2017)
  • Author(s): 鈴木秀政, 加藤大貴, 山岡尚平, 西浜 竜一、河内 孝之
  • Organizer: 日本農芸化学会2017年度大会
• [Presentation] The sole auxin receptor gene MpTIR1 is dispensable for cell survival but required for development in the liverwort Marchantia polymorpha (2017)
  • Author(s): Hidemasa Suzuki, Hirotaka Kato, Shohei Yamaoka, Ryuichi Nishihama, Takayuki Kohchi
  • Organizer: The 65th NIBB Conference Renaissance of Marchantia polymorpha ‐the genome and beyond‐
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A long non-coding RNA module for sex differentiation in the liverwort Marchantia polymorpha (2017)
  • Author(s): Keitaro Okahashi, Tetsuya Hisanaga, Shohei Yamaoka, Ryuichi Nishihama, Keiji Nakajima, Takayuki Kohchi
  • Organizer: The 65th NIBB Conference Renaissance of Marchantia polymorpha ‐the genome and beyond‐
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Tissue regeneration is associated with temporal changes in the levels of auxin and gene expression in Marchantia polymorpha (2017)
  • Author(s): Sakiko Ishida, Shohei Yamaoka, Mikiko Kojima, Yumiko Takebayashi, Hitoshi Sakakibara, Katsushi Yamaguchi, Shuji Shigenobu, Takayuki Kohchi and Ryuichi Nishihama
  • Organizer: The 65th NIBB Conference Renaissance of Marchantia polymorpha ‐the genome and beyond‐
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ancient functions and regulation of the Marchantia polymorpha protein DELLA before recruited to gibberellin signaling in land plant evolution (2017)
  • Author(s): Rui Sun, 井上佳祐, 楠竜之介, 山岡尚平, 西浜竜一, 河内孝之
  • Organizer: The 65th NIBB Conference Renaissance of Marchantia polymorpha ‐the genome and beyond‐
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] MpFGMYBはゼニゴケの雌性分化を制御する (2017)
  • Author(s): 久永 哲也, 岡橋 啓太郎, 山岡 尚平, 西浜 竜一, 郷 達明, 河内 孝之, 中島 敬二
  • Organizer: 日本植物学会第81回大会
• [Presentation] ノンコーディングRNAを介したゼニゴケの性分化制御 (2017)
  • Author(s): 岡橋 啓太郎, 久永 哲也, 山岡 尚平, 西浜 竜一, 中島 敬二, 河内 孝之
  • Organizer: 日本植物学会第81回大会
• [Presentation] 核オーキシンシグナリングによるゼニゴケ幹細胞機能調節 (2017)
  • Author(s): 鈴木 秀政, 加藤 大貴, 片山 みなみ, 灰庭 瑛実, 山岡 尚平, 西浜 竜一, 河内 孝之
  • Organizer: 日本植物学会第81回大会
• [Book] 京大発!フロンティア生命科学 第12章 形づくりの不思議 動物・植物の発生 12.2節 植物の発生 (2018)
  • Author(s): 山岡尚平
  • Total Pages: 333
  • Publisher: 講談社
• [Book] 京大発!フロンティア生命科学 第13章 体を守るしくみ 動物と植物の生体防御機構 13.2節 植物の 病害抵抗性の分子機構 (2018)
  • Author(s): 山岡尚平
  • Total Pages: 333
  • Publisher: 講談社
• [Remarks] 植物の生殖細胞をつくる鍵因子を発見-花粉の精細胞をつくる仕組みは花の咲かないコケ植物に起源があった-
  • URL: http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2017/180126_1.html
• [Remarks] 植物の生殖細胞をつくる鍵因子を発見
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/analyins/jp/?p=4723
• [Remarks] 京都大学、植物の生殖細胞をつくる鍵因子を発見
  • URL: https://bio.nikkeibp.co.jp/atcl/release/18/01/29/04986/