2017 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Determining the principles of the birth of new plant species: molecular elucidation of the lock-and-key systems in sexual reproduction |
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| Project/Area Number |
16H06465
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
東山 哲也 名古屋大学, 理学研究科(WPI), 教授 (00313205)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金岡 雅浩 名古屋大学, 理学研究科, 講師 (10467277)
Bode Jeffrey 名古屋大学, トランスフォーマティブ生命分子研究所, 客員教授 (90727900)
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| Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | 受精 / 花粉管 / 種間障壁 / リガンド・レセプター / ペプチド |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1) 花粉管誘引におけるLURE およびその受容体複合体の作動実態解明 トレニアとシロイヌナズナのLUREにおけるドメインスワッピングから、種認証に重要なアミノ酸配列を特定した。シロイヌナズナのLURE1とPRK6の共結晶構造の解析を発表し（Zhang, Liu, Nagae et al.）、さらにモデリング解析から、シロイヌナズナの近縁種間での精密な種認証に関わるアミノ酸の候補を絞り込んだ。合成AMORの製品化を達成した。LURE1とPRK6の1分子イメージング解析に向け、超耐光性色素PB430を発表するとともに（Wang et al.）、イメージング解析のための分子ツール開発、イメージング条件の検討を進めた。PRKファミリーの作動原理の解析も進めている。
(2) 精細胞放出における鍵と鍵穴分子の同定および動態解明 シロイヌナズナとセイヨウミヤマハタザオを用いて、種認証過程をライブセル解析する系の確立を進めた。カルシウムイメージングにより、交雑時の助細胞―花粉管の細胞間コミュニケーションについて解析を進めた。また、種認証に関わる候補遺伝子について、スワップにより障壁が打破されるか、準備を進めた。
(3) 種の壁の理解 配偶子融合で働く受精装置の構成的な解析に向け、動物培養細胞を用いた実験系の確立を進めた。また、雌雄の細胞の稔性を向上させる分子を見出し、有機合成化学を駆使した解析を進めた。種間交雑の効率を向上させるためにも重要な分子と期待され、特許申請の準備を進めている。生殖における多くの鍵と鍵穴をひらく、重要な分子と期待される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
PRK6がLURE1の受容体であることを証明する共結晶構造を発表し、種認証を担う分子間の特異的相互作用の様式を解明することができた。また一方で、有機合成化学によるアプローチで、LUREの全長が必ずしも種特異的な誘引に必要ではないことが示唆され、これに端を発したキメラペプチドによるアプローチから、トレニアのLURE1をシロイヌナズナ花粉管を雄んできるように変換する、シロイヌナズナLURE1.2の重要な３アミノ酸配列を見出すことに成功した。LURE1とPRK6の相互作用をリアルタイムで解明するための1分子イメージングについても、有機合成化学との異分野融合研究により準備を進めた。以上の成果は本領域において非常に重要な成果があり、本課題は当初の計画以上に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) 花粉管誘引におけるLURE およびその受容体複合体の作動実態解明 LURE は約70 アミノ酸からなり、システイン残基も複数持つため、ペプチドの合成は容易ではない。我々は短いペプチド鎖をつなぐ独自のKAHA ライゲーションにより、LURE の効率的合成や、ペプチド鎖の組合せを変えるスワッピングを実現している。トレニア、シロイヌナズナ、および各近縁種でのドメインスワッピング、ミューテーション解析、非天然のダウンサイズLURE の作製を進め、種特異性に重要なアミノ酸やドメインをピンポイントで確定する(金岡、Bode）。さらに、シロイヌナズナLURE1の真の受容体であることを証明したPRK6について、近縁種A. lyrataとの主要な障壁分子として働いているのか、LURE1-PRK6の共結晶構造の情報をもとにしたモデリング解析を基盤に、遺伝学的、生理学的な解析を進める（東山）。
(2) 精細胞放出における鍵と鍵穴分子の同定および動態解明 近縁種A. lyrata の花粉をシロイヌナズナに授粉した場合、胚珠への花粉管誘引ステップ、精細胞放出のステップの両者において効率が下がることが明らかとなっている。この種間障壁が働く過程をリアルタイムに解析して正確に種間の差を見出すとともに、鍵・鍵穴分子の候補をシロイヌナズナで発現することで種間障壁が打破されるものがないか、探索を継続する。（東山）
(3) 種の壁の理解：種間障壁の打破による異質倍数体ハイブリッドの作出 植物では、配偶体間の相互作用ののちに、配偶子間の相互作用により重複受精が達成される。配偶子間の相互作用における種特異性について、検証する。また、異種間受精から高効率で異質倍数体を確立するために、効率良く初期発生においてゲノム倍加を誘導する化合物スクリーニングを進める。（東山）
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