蜜腺の形成と消失機構

• 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: 19H04865
• 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: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 伊藤 寿朗 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (90517096)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥13,130,000 (Direct Cost: ¥10,100,000、Indirect Cost: ¥3,030,000); Fiscal Year 2020: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000); Fiscal Year 2019: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: 遺伝子発現制御 / 蜜腺 / 形態形成 / 生殖 / 遺伝子発現 / オーキシン / 発現制御 / 発生・分化 / 構造

Outline of Research at the Start

多くの被子植物の花の内側基部には、蜜を分泌する特殊化した器官である蜜腺がある。この蜜を餌とするチョウやハチなどの昆虫などが開花時に訪れることで、受粉の効率が高められる。蜜線は、開花にともなって蜜を分泌し、受精後には素早く細胞死を起こすと考えられている。蜜腺は進化の過程で、多様な種分化を生み出した重要な因子と考えられるが、蜜腺がどこでどのように作られて、そして消えていくのかという分子メカニズムは、まだ分かっていない。本申請研究では、シロイヌナズナの蜜腺をモデル系として蜜腺の形成と消失を制御する遺伝子カスケードを解明することにより、新種誕生にいたる進化の分子的基盤の理解をめざす。

Outline of Annual Research Achievements

多くの被子植物の花の内側基部には、蜜を分泌する特殊化した器官である蜜腺がある。蜜腺は進化の過程で、他殖により遺伝学的多様性を担保し多様な種分化を生み出した重要な因子と考えられるが、蜜腺がどこでどのように作られて、そして消えていくのかという分子メカニズムは、まだ分かっていない。本申請研究では、シロイヌナズナの蜜腺をモデル系として蜜腺の形成を制御する遺伝子カスケードの解明を目指した。蜜腺形成の鍵転写因子CRCの突然変異体および誘導系を用いて、RNA-seqによる下流ターゲット遺伝子のスクリーニングを行った。その中で、実際に鍵穴として作用するリアリゼーター（realizator具現化）遺伝子を同定し、その機能を進めた。野生型とcrc変異体の蜜腺のサンプルを用いて遺伝子発現プロファイルを網羅的に比較することで、発現が変動した遺伝子は303個同定した。同時に、crc変異体にgCRC-GFPを導入した植物を作出し、ChIP-seqにより CRCが直接結合する遺伝子として、1,881個を同定した。RNA-seqとChIP-seqで同定した遺伝子の内、重複していた遺伝子は77個存在した。これらの遺伝子のGO term解析では、器官の形成、植物ホルモンオーキシンへの応答や糖代謝などが見つかった。その中には蜜腺の分化を制御する転写因子BLADE-ON-PETIOLE1 (BOP1)や、スクロース輸送体SWEET9、オーキシンシグナル系の制御因子であるMACCHI-BOU4(MAB4)等が含まれていた。これらの結果から、CRCは蜜腺の分化や糖の輸送、そして蜜腺器官形成なども制御している可能性が示唆された。

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。

Research Products

• [Journal Article] Identification of a Devernalization Inducer by Chemical Screening Approaches in Arabidopsis thaliana (2021)
  • Author(s): Shirakawa Makoto、Morisaki Yukaho、Gan Eng-Seng、Sato Ayato、Ito Toshiro
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 12 Pages: 634068-634068
  • DOI: 10.3389/fpls.2021.634068
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] One factor, many systems: the floral homeotic protein AGAMOUS and its epigenetic regulatory mechanisms (2021)
  • Author(s): Pelayo Margaret Anne、Yamaguchi Nobutoshi、Ito Toshiro
  • Journal Title: Current Opinion in Plant Biology Volume: 61 Pages: 102009-102009
  • DOI: 10.1016/j.pbi.2021.102009
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Histone Demethylases Coordinate the Antagonistic Interaction Between Abscisic Acid and Brassinosteroid Signaling in Arabidopsis (2020)
  • Author(s): Wu Jinfeng、Yan Mingli、Zhang Dawei、Zhou Dinggang、Yamaguchi Nobutoshi、Ito Toshiro
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 11
  • DOI: 10.3389/fpls.2020.596835
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Morphological and Physiological Framework Underlying Plant Longevity in Arabidopsis thaliana (2020)
  • Author(s): Wang Yukun、Kumaishi Kie、Suzuki Takamasa、Ichihashi Yasunori、Yamaguchi Nobutoshi、Shirakawa Makoto、Ito Toshiro
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 11 Pages: 600726-600726
  • DOI: 10.3389/fpls.2020.600726
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] CRABS CLAW and SUPERMAN coordinate hormone-, stress- and metabolic-related gene expression during Arabidopsis stamen development (2019)
  • Author(s): Lee, H. Z., Tatsumi, Y. Ichihashi, Y., Suzuki, T., Shibata, A., Shirasu, K., Yamaguchi, N., Ito, T.
  • Journal Title: Front Plant Sci. Volume: 7 Pages: 437-437
  • DOI: 10.3389/fevo.2019.00437
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Functional Dissection of Class C Genes in Rice (2019)
  • Author(s): Ito Toshiro
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 60 Issue: 6 Pages: 1164-1165
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz093
  • NAID: 120007123945
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Control of floral stem cell activity in Arabidopsis (2019)
  • Author(s): Shang Erlei、Ito Toshiro、Sun Bo
  • Journal Title: Plant Signaling & Behavior Volume: 14 Issue: 11 Pages: 1659706-1659706
  • DOI: 10.1080/15592324.2019.1659706
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Roles of Plant Hormones and Their Interactions with Regulatory Genes in Determining Meristem Activity (2019)
  • Author(s): Lee Ze Hong、Hirakawa Takeshi、Yamaguchi Nobutoshi、Ito Toshiro
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 20 Issue: 16 Pages: 4065-4065
  • DOI: 10.3390/ijms20164065
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Epigenetic-mediated thermal memory ＆ forgetting in Arabidopsis. (2020)
  • Author(s): 伊藤 寿朗
  • Organizer: Freie Universitat Berlin virtual colloquium via webex
  • Invited
• [Presentation] Epigenetic-mediated thermal memory & forgetting in Arabidopsis (2020)
  • Author(s): 伊藤 寿朗
  • Organizer: Overseas seminar for TLL-PhD Module BL5221
  • Invited
• [Presentation] 花幹細胞の増殖終結機構におけるオーキシン作用の二面性 (2020)
  • Author(s): 伊藤 寿朗
  • Organizer: 第61回日本植物生理学会大阪年会
• [Presentation] Epigenetic regulation in floral meristem determinacy (2019)
  • Author(s): 伊藤 寿朗
  • Organizer: 2019 Collaborative Research Meeting National Institute of Genetics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Multistep termination of floral stem cell activities (2019)
  • Author(s): 伊藤 寿朗
  • Organizer: ICAR2019(The 30th International Conference on Arabidopsis Research)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Auxin-mediated termination of floral stem cell activities (2019)
  • Author(s): 伊藤 寿朗
  • Organizer: Principles of pluripotent stem cells underlying plant vitality
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 花の儚さの分子機構 (2019)
  • Author(s): 伊藤 寿朗
  • Organizer: 2019年度 近畿植物学会講演
  • Int'l Joint Research / Invited