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Studies on reproductive isolation caused by meiotic defects in interspecific hybrids of rice relatives

Publicly Offered Research

Project AreaDetermining the principles of the birth of new plant species: molecular elucidation of the lock-and-key systems in sexual reproduction
Project/Area Number 17H05849
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Biological Sciences
Research InstitutionNational Institute of Genetics

Principal Investigator

野々村 賢一  国立遺伝学研究所, 遺伝形質研究系, 准教授 (10291890)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥11,180,000 (Direct Cost: ¥8,600,000、Indirect Cost: ¥2,580,000)
Fiscal Year 2018: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2017: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Keywords減数分裂 / 植物生殖 / 種間交雑 / 生殖的隔離 / エピジェネティクス / イネ / 生殖隔離 / 植物 / イネ属 / small RNA / 染色体 / 遺伝学 / 育種学 / 発生・分化
Outline of Annual Research Achievements

減数分裂には、減数分裂染色体の相同性認識と相同組み換え、対合などの様々な「鍵と鍵穴」が存在する。例えば、野生種のもつ有用な遺伝子を栽培種に導入する場合、一般的には種間雑種を作り、戻し交雑により新しい品種をつくる。しかし実際には、多くの組み合わせで雑種が不稔になる。その原因のひとつに、染色体構造の分化がある。減数分裂では、両親に由来する一対の相同染色体が対合し、新たな遺伝子組合せが子に伝達されるが、染色体構造の差異が大きい種間雑種では、しばしば互いが相同と認識されず、減数分裂が異常になる。つまり種間雑種では、減数分裂における「鍵と鍵穴」の掛け違いが頻繁に起こっているといえる。
本研究では、主に栽培イネとアフリカ野生イネとのF1雑種(SP雑種)の減数分裂で生じる染色体対合不全をモデルケースとして、減数分裂隔離に関する研究を行う。減数分裂隔離のメカニズムが解明できれば、野生種のもつ農業上有用な遺伝子の育種利用が進むと期待される。
今年度は、減数分裂周辺の3つの異なる時期(減数分裂前、減数分裂初期、減数分裂後期)のSP雑種の葯からRNAを抽出し、次世代シーケンスによるmRNAおよびsmall RNAの大規模解読を行なった。その結果、雑種では、栽培イネ側あるいは野生イネ側の遺伝子が優先的に転写される遺伝子(種間アレル発現量バイアス遺伝子)が合計1,295個検出された。特に減数分裂への移行期にバイアスを示す遺伝子に注目したところ、減数分裂との関連から興味深い9つを見出し、allele-specific expression Bias in SP hybrids(BSP1~9)と名付けた。そのうちBSP1遺伝子は、雑種の両親である栽培イネおよび野生イネでは、減数分裂後期に発現上昇するが、雑種では減数分裂初期の染色体認識が行われる時期に高発現していた。相同性認識の観点から非常に興味深い。

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。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (24 results)

All 2019 2018 2017 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 4 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 9 results) Book (1 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Biogenesis and function of plant reproductive phasiRNAs abundantly expressed in meiotic stages2019

    • Author(s)
      小野聖二郎, 野々村賢一
    • Journal Title

      Leading Author's

      Volume: 8 Pages: e002

    • DOI

      10.7875/leading.author.8.e002

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Microscopic Observation of Subcellular GFP-tagged Protein Localization in Rice Anthers2018

    • Author(s)
      Ono Seijiro、Nonomura Ken-Ichi
    • Journal Title

      BIO-PROTOCOL Bio101

      Volume: 8 Issue: 15

    • DOI

      10.21769/bioprotoc.2956

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Small RNA pathways responsible for non-cell-autonomous regulation of plant reproduction2018

    • Author(s)
      Nonomura Ken-Ichi
    • Journal Title

      Plant Reproduction

      Volume: 31 Issue: 1 Pages: 21-29

    • DOI

      10.1007/s00497-018-0321-x

    • Related Report
      2018 Annual Research Report 2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] EAT1 transcription factor, a non-cell-autonomous regulator of pollen production, activates meiotic small RNA biogenesis in rice anther tapetum2018

    • Author(s)
      Ono Seijiro、Liu Hua、Tsuda Katsutoshi、Fukai Eigo、Tanaka Keisuke、Sasaki Takuji、Nonomura Ken-Ichi
    • Journal Title

      PLOS Genetics

      Volume: 14 Issue: 2 Pages: e1007238-e1007238

    • DOI

      10.1371/journal.pgen.1007238

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 組み換えがホットなスポットを求めて2018

    • Author(s)
      野々村 賢一
    • Organizer
      遺伝研研究集会「イネ分子遺伝学の飛躍」
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 減数分裂24塩基長small RNAの葯タペート組織での特異的な生産を促進するイネbHLH転写因子の解析2018

    • Author(s)
      小野聖二郎・野々村賢一
    • Organizer
      日本遺伝学会第90回大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] イネ減数分裂細胞における細胞質RNA顆粒因子MEL2の機能ドメイン解析2018

    • Author(s)
      三村真生・小野聖二郎・野々村賢一
    • Organizer
      日本植物学会第82回大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] イネ葯タぺート組織において減数分裂期 siRNAの生合成を制御するbHLH 転写因子のネットワーク2018

    • Author(s)
      小野聖二郎・田中啓介・佐々木卓治・野々村賢一
    • Organizer
      日本植物学会第82回大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] イネの葯タペート細胞のプログラム細胞死制御における転写制御ネットワーク・オートファジー・ROS生成酵素の役割と花粉成熟における意義2018

    • Author(s)
      澤田隼平・福永任吾・花俣 繁・小野聖二郎・木村成介・野々村賢一・来須孝光・朽津和幸
    • Organizer
      日本植物学会第82回大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] イネ種子の登熟・品質制御におけるオートファジーの役割2018

    • Author(s)
      来須孝光・瀬良ゆり・花俣繁・坂本真吾・小野聖二郎・金古堅太郎・三井 悠大・北畑 信隆・三ツ井敏明・野々村 賢一・光田 展隆・朽津和幸
    • Organizer
      日本植物学会第82回大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] bHLH transcription factors activate meiotic phasiRNA production in anther tapetum and promote meiotic chromosome condensation non-cell autonomously2018

    • Author(s)
      NONOMURA Ken-ichi
    • Organizer
      16th International Symposium on Rice Functional Genomics
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Post-transcriptional timing control of mitosis-meiosis transition2018

    • Author(s)
      NONOMURA Ken-ichi
    • Organizer
      25th ICSPR Satellite Symposium
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] RNA binding protein MEL2, a regulator of mitosis-meiosis transition, forms cytoplasmic granule-like structures in rice cells2018

    • Author(s)
      Manaki Mimura, Seijiro Ono, Ken-Ichi Nonomura
    • Organizer
      25th International Congress on Sexual Plant Reproduction
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] bHLH transcription factors activate meiotic siRNA biogenesis in rice anther tapetum2018

    • Author(s)
      Seijiro Ono, Hua Liu, Katsutoshi Tsuda, Eigo Fukai, Keisuke Tanaka, Takuji Sasaki, Ken-ichi Nonomura
    • Organizer
      25th International Congress on Sexual Plant Reproduction
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Spatiotemporal expression control of meiotic phasiRNAs in rice2017

    • Author(s)
      Kenichi Nonomura
    • Organizer
      Cold Spring Harbor Asia meeting, Shuzhou, China
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Meiotic chromosome remodeling driven by germline-specific Argonaute in rice2017

    • Author(s)
      Kenichi Nonomura
    • Organizer
      XIX International Botanical Congress, Shenzhen, China
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] イネタペート組織で生合成されるsiRNAと減数分裂の細胞非自律的エピジェネティック制御2017

    • Author(s)
      小野聖二郎, 劉 華、津田勝利, 深井英吾, 田中啓介, 佐々木卓治, 野々村賢一
    • Organizer
      第7回植物RNA研究ネットワークシンポジウム, 三島, 静岡
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 転写因子は2度ベルを鳴らす~減数分裂siRNAの合成と細胞非自律的な花粉形成過程の制御~2017

    • Author(s)
      野々村賢一
    • Organizer
      日本植物学会第81回大会, 野田, 千葉
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] イネ生殖細胞特異的Argonaute蛋白質MEL1と核蛋白質との相互作用2017

    • Author(s)
      劉 華, 野々村賢一
    • Organizer
      日本育種学会第132回講演会, 盛岡, 岩手
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Small RNAを介したイネ減数分裂エピジェネティック制御2017

    • Author(s)
      野々村賢一
    • Organizer
      大阪府立大学植物育種繁殖学特別セミナー, 堺, 大阪
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Small RNAを介したイネ減数分裂の エピジェネティック制御2017

    • Author(s)
      野々村賢一
    • Organizer
      新潟大学大学院自然科学研究科セミナー, 新潟, 新潟
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Book] Chapter5: Genetic and epigenetic regulation of meiotic fate decision and gametophyte specification in rice, In "Rice genomics, genetics and breeding (Sasaki, Ashikari eds.)"52018

    • Author(s)
      Kenichi Nonomura, Seijiro Ono, Kenji Ueda
    • Total Pages
      27
    • Publisher
      Springer Nature Singapore Pte Ltd.
    • ISBN
      9789811074608
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Remarks] 野々村研究室ホームページ

    • URL

      http://nonomuralab-nig.sakura.ne.jp/top_j.html

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Remarks] 野々村賢一研究室のホームページ

    • URL

      https://www.nig.ac.jp/labs/ExpFarm/top_j.html

    • Related Report
      2017 Annual Research Report

URL: 

Published: 2017-04-28   Modified: 2019-12-27  

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