Determining principles in the birth of new plant species: elucidation of lock-and-key molecular systems in sexual reproduction

• 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: 21H00458
• 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: Nagoya University
• Principal Investigator: 東山 哲也 名古屋大学, 理学研究科(WPI), 教授 (00313205)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 辻 寛之 横浜市立大学, 木原生物学研究所, 准教授 (40437512) ; 木下 哲 横浜市立大学, 木原生物学研究所, 教授 (60342630) ; 渡辺 正夫 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (90240522)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2021: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
• Keywords: 新種誕生 / 生殖の鍵と鍵穴 / 異種ゲノム / 異分野融合 / 国際的ビジビリティー

Outline of Research at the Start

本領域では、植物の生殖過程における「鍵と鍵穴」の分子作動実態を物質レベルで明らかにすることで、新種誕生の本質的なメカニズムを解明することを目指した。4 つのブレークスルーテクノロジーを結集した異分野融合研究支援センターを設けることにより、種の認証を制御する鍵分子の作動実態を、構造や分子動態のレベルで明らかにするとともに、未同定だった重要な鍵分子群の発見を達成した。本研究成果取りまとめは、こうした研究活動により生み出された成果を、複数の特集号を編纂することにより広く研究者コミュニティにアピールするとともに、研究成果報告書を作成、配布することにより広く国際社会、国民に発信する。

Outline of Annual Research Achievements

本領域では、植物の生殖過程における「鍵と鍵穴」の分子作動実態を物質レベルで明らかにすることで、新種誕生の本質的なメカニズムを解明することを目指した。4 つのブレークスルーテクノロジーを結集した異分野融合研究支援センターを設けることにより、種の認証を制御する鍵分子の作動実態を、構造や分子動態のレベルで明らかにするとともに、未同定だった重要な鍵分子群の発見を達成した。本研究成果取りまとめは、こうした研究活動により生み出された成果を、複数の特集号を編纂することなどにより広く研究者コミュニティにアピールし、国際社会、国民にも発信することを目指した。計画に従い、特集号の発刊については、 (1)オープンアクセスジャーナルであるFrontiers の生殖特集、(2) 日本植物生理学会学術誌Plant and Cell Physiology のイメージングFocus issueを発刊した。本新学術領域研究の計画研究および公募研究代表者が中心となり、本領域研究で得られた最新の知見を執筆、公開した。ほとんどがオープンアクセス論文であり、本領域が共催した国際植物生殖会議25th ICSPRやEMBOワークショップの海外参加者も加わり、国際的に本領域の成果をアピールできた。特集号の発刊について、共催シンポジウムやホームページなどを通じてアピールした。また、本領域の成果を領域代表が社会に対して様々な場やメディアでアピールした。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Semi-in vitro detection of Mg2+-dependent DNase that specifically digest mitochondrial nucleoids in the zygote of Physarum polycephalum (2022)
  • Author(s): Urakawa, N., Nakamura, S., Kishimoto, M., Moriyama, Y., Kawano, S., Higashiyama, T. & Sasaki, N.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 12 Issue: 1 Pages: 2995-2995
  • DOI: 10.1038/s41598-022-06920-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Quantification of Species-Preferential Micropylar Chemoattraction in Arabidopsis by Fluorescein Diacetate Staining of Pollen Tubes (2022)
  • Author(s): Nagae Takuya T.、Takeuchi Hidenori、Higashiyama Tetsuya
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 23 Issue: 5 Pages: 2722-2722
  • DOI: 10.3390/ijms23052722
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Two aquaporins, SIP1;1 and PIP1;2, mediate water transport for pollen hydration in the <i>Arabidopsis</i> pistil (2021)
  • Author(s): Windari, E. A., Ando, M., Mizoguchi, Y., Shimada, H., Ohira, K., Kagaya, Y., Higashiyama, T., Takayama, S., Watanabe, M., and Suwabe, K.
  • Journal Title: Plant Biotechnology Volume: 38 Issue: 1 Pages: 77-87
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.20.1207a
  • NAID: 130008002865
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • Year and Date: 2021-03-25
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Polyspermy Block in the Central Cell During Double Fertilization of Arabidopsis thaliana (2021)
  • Author(s): Nagahara Shiori, Takeuchi Hidenori, Higashiyama Tetsuya
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 11 Pages: 588700-588700
  • DOI: 10.3389/fpls.2020.588700
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dynamics of the cell fate specifications during female gametophyte development in Arabidopsis (2021)
  • Author(s): Susaki Daichi、Suzuki Takamasa、Maruyama Daisuke、Ueda Minako、Higashiyama Tetsuya、Kurihara Daisuke
  • Journal Title: PLOS Biology Volume: 19 Issue: 3 Pages: 3001123-3001123
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.3001123
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] ClearSeeAlpha: Advanced Optical Clearing for Whole-Plant Imaging (2021)
  • Author(s): Kurihara Daisuke、Mizuta Yoko、Nagahara Shiori、Higashiyama Tetsuya
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: － Issue: 8 Pages: 1302-1310
  • DOI: 10.1093/pcp/pcab033
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Persistent directional growth capability in Arabidopsis thaliana pollen tubes after nuclear elimination from the apex (2021)
  • Author(s): Motomura Kazuki、Takeuchi Hidenori、Notaguchi Michitaka、Tsuchi Haruna、Takeda Atsushi、Kinoshita Tetsu、Higashiyama Tetsuya、Maruyama Daisuke
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 12 Issue: 1 Pages: 2331-2331
  • DOI: 10.1038/s41467-021-22661-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dynamic Rearrangement and Directional Migration of Tubular Vacuoles are Required for the Asymmetric Division of the <i>Arabidopsis</i> Zygote (2021)
  • Author(s): Matsumoto Hikari、Kimata Yusuke、Higaki Takumi、Higashiyama Tetsuya、Ueda Minako
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 62 Issue: 8 Pages: 1280-1289
  • DOI: 10.1093/pcp/pcab075
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Detection of a biolistic delivery of fluorescent markers and CRISPR/Cas9 to the pollen tube (2021)
  • Author(s): Nagahara Shiori、Higashiyama Tetsuya、Mizuta Yoko
  • Journal Title: Plant Reproduction Volume: 34 Issue: 3 Pages: 191-205
  • DOI: 10.1007/s00497-021-00418-z
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Pulsatile reverse flow actuated microfluidic injector: toward the application for single-molecule chemotropism assay (2021)
  • Author(s): Yanagisawa Naoki、Kozgunova Elena、Higashiyama Tetsuya
  • Journal Title: RSC Advances Volume: 11 Issue: 43 Pages: 27011-27018
  • DOI: 10.1039/d1ra04505a
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] CZON-cutter - a CRISPR-Cas9 system for multiplexed organelle imaging in a simple unicellular alga (2021)
  • Author(s): Tanaka Naoto、Mogi Yuko、Fujiwara Takayuki、Yabe Kannosuke、Toyama Yukiho、Higashiyama Tetsuya、Yoshida Yamato
  • Journal Title: Journal of Cell Science Volume: 134 Issue: 21 Pages: 1-11
  • DOI: 10.1242/jcs.258948
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dynamics of mitochondrial distribution during development and asymmetric division of rice zygotes (2021)
  • Author(s): Aini Hanifah、Sato Yoshikatsu、Uno Kakishi、Higashiyama Tetsuya、Okamoto Takashi
  • Journal Title: Plant Reproduction Volume: 35 Issue: 1 Pages: 47-60
  • DOI: 10.1007/s00497-021-00430-3
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Seeing is Believing: Advances in Plant Imaging Technologies (2021)
  • Author(s): Higashiyama Tetsuya、Maizel Alexis、Simon Rudiger
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 62 Issue: 8 Pages: 1217-1220
  • DOI: 10.1093/pcp/pcab133
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Microfluidics-Based Bioassays and Imaging of Plant Cells (2021)
  • Author(s): Yanagisawa Naoki、Kozgunova Elena、Grossmann Guido、Geitmann Anja、Higashiyama Tetsuya
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 62 Issue: 8 Pages: 1239-1250
  • DOI: 10.1093/pcp/pcab067
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] PRIMA: a rapid and cost-effective genotyping method to detect single-nucleotide differences using probe-induced heteroduplexes (2021)
  • Author(s): Kakui Hiroyuki、Yamazaki Misako、Shimizu Kentaro K.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 11 Issue: 1 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1038/s41598-021-99641-x
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Advances in Two-Photon Imaging in Plants (2021)
  • Author(s): Mizuta Yoko
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 62 Issue: 8 Pages: 1224-1230
  • DOI: 10.1093/pcp/pcab062
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] H3K27me3 demethylases alter HSP22 and HSP17.6C expression in response to recurring heat in Arabidopsis (2021)
  • Author(s): Yamaguchi Nobutoshi、Matsubara Satoshi、Yoshimizu Kaori、Seki Motohide、Hamada Kouta、Kamitani Mari、Kurita Yuko、Nomura Yasuyuki、Nagashima Kota、Inagaki Soichi、Suzuki Takamasa、Gan Eng-Seng、To Taiko、Kakutani Tetsuji、Nagano Atsushi J.、Satake Akiko、Ito Toshiro
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 12 Issue: 1 Pages: 3480-3480
  • DOI: 10.1038/s41467-021-23766-w
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Whither molecules for overcoming genome barriers? (2022)
  • Author(s): Higashiyama T.
  • Organizer: ISTbM
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 顕微鏡下で自由自在に操る生命科学ツールを駆使した植物の受精研究 (2022)
  • Author(s): 東山哲也
  • Organizer: 一般社団法人レーザー学会学術講演会第42回年次大会「生体光計測」セッション
  • Invited
• [Presentation] Biodiversity for Exciting Discoveries (2021)
  • Author(s): Higashiyama T.
  • Organizer: The 44th Annual Meeting of the Molecular Biology Society of Japan, Symposium “Biodiversity for Exciting Discoveries”
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ワクワクする異分野融合 (2021)
  • Author(s): 東山哲也
  • Organizer: 超分野植物科学研究会 第1回研究会「分野を超えて植物科学の未来を創る」
  • Invited
• [Presentation] イメージングから解き明かす植物という多細胞体の生存戦略 (2021)
  • Author(s): 東山哲也
  • Organizer: 理研BRC設立20周年記念シンポジウム「バイオリソースが駆動する生命科学とイノベーション」
  • Invited
• [Presentation] 植物の種の壁を理解して超える (2021)
  • Author(s): 東山哲也
  • Organizer: 瑞陵高校 1年進路セミナー 「職業人講演会」
  • Invited
• [Remarks] 植物新種誕生の原理
  • URL: http://www.ige.tohoku.ac.jp/prg/plant/
• [Remarks] 種の壁を超える
  • URL: https://www.youtube.com/watch?v=R5Bwn-dj6xA