花粉表層構造の形成機構とそのゲノム障壁における機能の研究

• Project Area: Genome Barriers in Plant Reproduction
• Project/Area Number: 21024004
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 石黒 澄衛 (石黒 澄衞) 名古屋大学, 大学院・生命農学研究科, 准教授 (50260039)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥5,200,000); Fiscal Year 2010: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,600,000); Fiscal Year 2009: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,600,000)
• Keywords: シロイヌナズナ / 花粉 / エキシン / ポレンコート / ステロール / タペート細胞 / 雄性不稔 / 分子遺伝学 / kaonashi / 分子シャペロン

Research Abstract

雌しべの先端にある柱頭は、付着した花粉が同種植物のものか異種のものかを認識し、同種の花粉のみを発芽させることができる。これは花粉表層にある物質を柱頭が認識しているためである。このような種間認識に関わる物質が何であるかはまだよくわかっていないが、花粉表面を覆う「エキシン」や「ポレンコート」がその働きを担っていると考えられている。エキシンやポレンコートの形成機構にはまだ不明な点が多いので、その解明を目的としてシロイヌナズナを材料に研究を行った。
kaonashi4(kns4)突然変異体はエキシンが著しく薄くなる。電子顕微鏡観察から、エキシンの鋳型であるプライムエキシンの発達が悪いのがこの原因であることがわかった。また、プライムエキシンは減数分裂による小胞子の形成に先立って生合成が開始されることがわかった。kns4の原因遺伝子はガラクトース転移酵素をコードしていたことから、プライムエキシンはガラクトースを含む多糖であると推定された。
ポレンコートにはステロールエステルなどの脂質やタンパク質が多量に含まれている。ステロールを生合成できない突然変異体flaky pollen1(fkp1)の花粉は正常なポレンコートを形成できず、不稔になる。電子顕微鏡観察から、この変異体ではタペート細胞の脂質蓄積性オルガネラ、タペートソームとエライオプラストがいずれも正常に発達していないことがわかった。このことは、ステロールエステルを作るエライオプラストだけでなく、他の脂質やタンパク質成分を供給するタペートソームの発達にもステロールが重要であることを意味する。さらに、ポレンコート中には他の組織には見られない特殊な脂質が含まれることを見出し、この脂質の存在は花粉が正常な稔性を持つのに必須であることを明らかにした。

Research Products

• [Journal Article] The Arabidopsis FLAKY POLLEN1 gene encodes a 3-hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme A synthase required for development of tapetum-specific organelles and fertility of pollen grains (2010)
  • Author(s): Sumie Ishiguro
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 51 Pages: 896-911
  • NAID: 10027349711
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Gateway binary vectors with bialaphos resistance gene, bar, as a selection marker for plant transformation (2010)
  • Author(s): Shinya Nakamura
  • Journal Title: Bioscience, Biotechnology and Biochemistry Volume: 74 Pages: 1315-1319
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Arabidopsis AUXIN RESPONSE FACTOR6 and 8 Regulate Jasmonic Acid Biosynthesis and Floral Organ Development via Repression of Class 1 KNOX Genes (2010)
  • Author(s): Ryo Tabata
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology 51 Pages: 164-175
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Gateway vectors for plant transformation (2009)
  • Author(s): Tsuyoshi Nakagawa
  • Journal Title: Plant Biotechnology 26 Pages: 275-284
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of Gateway Binary Vector R4L1pGWB for Promoter Analysis in Higher Plants (2009)
  • Author(s): Shinya Nakamura
  • Journal Title: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 73 Pages: 2556-2559
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 花粉壁の形態に異常を示す突然変異体kaonashiのハイスループットクローニングの試み (2011)
  • Author(s): 石黒澄衞
  • Organizer: 公益財団法人科学技術交流財団研究会「ハイスループットスクリーニングシステムと次世代シーケンサーの相乗的応用」
  • Place of Presentation: 名古屋大学(愛知県)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-12-22
• [Presentation] The KAONASHI4 gene encoding a putative β1,3-galactosyltransferase is required for the thickening of the pollen exine structure in Arabidopsis thaliana (2010)
  • Author(s): Toshiya Suzuki
  • Organizer: 20th International Conference on Arabidopsis Research
  • Place of Presentation: エジンバラ国際会議場(英国)
  • Year and Date: 2010-06-30
• [Presentation] Analysis of KAONASHI4 gene involved in the pollen exine formation (2010)
  • Author(s): Toshiya Suzuki
  • Organizer: 21st International Conference on Arabidopsis Research
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川県)
  • Year and Date: 2010-06-06
• [Remarks]
  • URL: http://tabacum.agr.nagoya-u.ac.jp/research/research-top.html
• [Remarks]
  • URL: http://tabacum.agr.nagoya-u.ac.jp/index.html