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陸上植物有性生殖における核膜融合の鍵メカニズム

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 19H04857
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 InstitutionNiigata University

Principal Investigator

西川 周一  新潟大学, 自然科学系, 教授 (10252222)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2019: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Keywords核膜融合 / 核膜タンパク質 / 化合物スクリーニング / ライブイメージング / シロイヌナズナ / ゼニゴケ / 雌性配偶体 / 重複受精 / イメージング / タンパク質構造解析
Outline of Research at the Start

被子植物の有性生殖で観察される3回の核融合では、核膜同士が直接融合することで2つの核が融合する。われわれは、シロイヌナズナ有性生殖過程の核膜融合因子としてGex1を見いだした。本研究は、有性生殖過程の核膜融合の分子機構と、その初期発生における意義の解明を目指し、1)Gex1と複合体を形成する因子の同定、2)Gex1内腔側領域の構造と機能の解析、3)核融合過程を調節する低分子化合物の探索、4)基部陸上植物ゼニゴケを用いた、進化の観点からの核融合機構の解析、5)初期胚発生に対する受精時の精核融合の意義の解析、を行う。

Outline of Annual Research Achievements

被子植物の有性生殖で観察される核融合では核膜同士が直接融合することで2つの核が融合する。われわれは、シロイヌナズナ有性生殖過程の核膜融合因子としてGEX1を見いだした。本研究では、核膜融合の鍵因子であるGEX1に着目し、シロイヌナズナ有性生殖過程の核膜融合の分子機構と、その初期発生における意義の解明を目的とする。
本年度はGEX1の欠損の結果、卵細胞と中央細胞の両方で受精時の精核融合が欠損し、その後の胚乳形成と胚発生が異常になることを明らかにした。受精時の精核融合が欠損した種子における初期胚発生過程のライブイメージング解析をおこない、胚発生の開始に受精時の精核融合は必要ないこと、種子によって初期発生の過程で融合しなかった精核と卵細胞核が融合するものと融合しないものが存在することが示された。
また、進化の観点からの核融合機構の解析を目指し、GEX1植物ホモログの機能解析を行った。Brassica rapaおよびイネのGEX1ホモログはgex1変異株の示す極核融合欠損を抑圧した一方で、ゼニゴケGEX1ホモログを発現してもgex1変異株の示す極核融合欠損は抑圧されなかった。被子植物GEX1ホモログ間で保存されている領域がGEX1の機能に重要であることが示唆された。
出芽酵母とシロイヌナズナの間には、有性生殖過程の核融合機構に共通性が見られる。昨年度に得られた、出芽酵母有性生殖過程の核融合を阻害する化合物について、得られた化合物が阻害する過程の検討を進め、核外膜融合の過程は阻害しないことを示した。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2020 2019 Other

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

  • [Journal Article] Arabidopsis GEX1 Is a Nuclear Membrane Protein of Gametes Required for Nuclear Fusion During Reproduction2020

    • Author(s)
      Nishikawa Shuh-ichi、Yamaguchi Yuki、Suzuki Chiharu、Yabe Ayaka、Sato Yuzuru、Kurihara Daisuke、Sato Yoshikatsu、Susaki Daichi、Higashiyama Tetsuya、Maruyama Daisuke
    • Journal Title

      Frontiers in Plant Science

      Volume: 11 Pages: 548032-548032

    • DOI

      10.3389/fpls.2020.548032

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] ERdj3B-mediated quality control maintains anther development at high temperatures2020

    • Author(s)
      Yamamoto Masaya、Uji Shuhei、Sugiyama Tomoyuki、Sakamoto Tomoaki、Kimura Seisuke、Endo Toshiya、Nishikawa Shuh-ichi
    • Journal Title

      Plant Physiology

      Volume: - Issue: 4 Pages: 1979-1990

    • DOI

      10.1104/pp.19.01356

    • Related Report
      2020 Annual Research Report 2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Development of a Heat-Inducible Gene Expression System Using Female Gametophytes of Arabidopsis thaliana2019

    • Author(s)
      Hwang Dukhyun、Wada Satomi、Takahashi Azusa、Urawa Hiroko、Kamei Yasuhiro、Nishikawa Shuh-ichi
    • Journal Title

      Plant and Cell Physiology

      Volume: 60 Issue: 11 Pages: 2564-2572

    • DOI

      10.1093/pcp/pcz148

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Fertilization-Coupled Sperm Nuclear Fusion Is Required for Normal Endosperm Nuclear Proliferation2019

    • Author(s)
      Maruyama Daisuke、Higashiyama Tetsuya、Endo Toshiya、Nishikawa Shuh-ichi
    • Journal Title

      Plant and Cell Physiology

      Volume: 61 Issue: 1 Pages: 29-40

    • DOI

      10.1093/pcp/pcz158

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 有性生殖過程の核融合を阻害する化合物の探索2020

    • Author(s)
      小林那奈美
    • Organizer
      日本植物学会第84回大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 核膜融合因子GEX1の被子植物ホモログの機能解析2020

    • Author(s)
      矢部あやか
    • Organizer
      北陸植物学会2020年度大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] シロイヌナズナ核融合欠損株で観察される受精後の胚発生異常の解析2020

    • Author(s)
      西川周一
    • Organizer
      第62回日本植物生理学会年会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Proteins involved in nuclear membrane fusion in plant reproduction2019

    • Author(s)
      Shuh-ichi Nishikawa
    • Organizer
      第19回日本蛋白質科学会年会・第71回日本細胞生物学会大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] シロイヌナズナ新規核膜融合因子Gex1の細胞内動態の解析2019

    • Author(s)
      西川周一
    • Organizer
      日本植物学会第83回大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Machineries of nuclear membrane fusion during plant reproduction2019

    • Author(s)
      Shuh-ichi Nishikawa
    • Organizer
      Marchantia Workshop 2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Remarks] 生殖過程の核融合の鍵となる、進化的に保存された核膜タンパク質を同定しました

    • URL

      https://www.niigata-u.ac.jp/news/2020/78597/

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Remarks] 植物の配偶体を用いた新たな遺伝子機能解析系を開発しました

    • URL

      https://www.niigata-u.ac.jp/news/2019/59352/

    • Related Report
      2019 Annual Research Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2021-12-27  

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