2019 Fiscal Year Annual Research Report
The lock-and-key interaction in the florigen function
| 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 |
16H06466
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| Research Institution | Yokohama City University |
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Principal Investigator |
辻 寛之 横浜市立大学, 木原生物学研究所, 准教授 (40437512)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂 智広 横浜市立大学, 木原生物学研究所, 教授 (80343771)
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| Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | フロリゲン / メリステム / イネ / 花成 / 生殖 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
フロリゲン(正体はFTタンパク質)は植物の花芽分化を開始させる因子である。すなわち植物の生殖を開始する最初の決断を下すマスタースイッチであり、花の中で行われる生殖過程のすべてはフロリゲンから始まると言える。私たちは、フロリゲンの分子機能が生殖過程を制御する「鍵と鍵穴」となる可能性を見出してきた。すなわちフロリゲン(鍵)と受容体(鍵穴)の相互作用、フロリゲンを含む転写複合体(鍵)と標的遺伝子の活性化(鍵穴)、及びフロリゲンがsmall RNA(鍵)を介したエピゲノム制御(鍵穴)を誘導する可能性である。本研究では、これらの「鍵と鍵穴」の実体を分子レベルで解明することを目的としている。具体的には、以下の項目の解明を目指す。(1)フロリゲンによる花芽分化の「鍵と鍵穴」のイメージングと機能解明、(2)フロリゲンによるエピゲノム・リモデリングの分子メカニズム解明、(3)新種誕生を部分的に再現した染色体添加系統のゲノム解析である。
1)フロリゲンによる花芽分化の「鍵と鍵穴」のイメージングと機能解明では、フロリゲンのライブイメージング実験系を構築し、フロリゲンの細胞間移行を初めて可視化することに成功した。また種々の変異型フロリゲンを用いた解析により、フロリゲンの細胞間移行制御がフロリゲンの分布を決定する要因であることを示した。
(2)フロリゲンによるエピゲノム・リモデリングの分子メカニズム解明では、フロリゲンが生殖過程における最初のエピゲノム・リプログラミングを引き起こし、これが生殖細胞におけるリプログラミングに先鞭をつけるイベントであることを見出した。
(3)新種誕生を部分的に再現した染色体添加系統のゲノム解析では、3Dゲノムを解析する技術Hi-Cを栽培イネと野生イネ、および染色体添加系統にて実施し、染色体添加によるゲノムショックの具体的な影響を検討した。
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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
1)フロリゲンによる花芽分化の「鍵と鍵穴」のイメージングと機能解明では、フロリゲンのライブイメージング実験系を世界に先駆けて開発することに成功し、フロリゲンの細胞間移行速度を初めて具体的に計測するとともに、フロリゲンの細胞間移行制御がフロリゲンの分布を決定する要因であることを示した。
(2)フロリゲンによるエピゲノム・リモデリングの分子メカニズム解明では、生殖細胞におけるエピゲノムのリプログラミングに先立つ現象としてフロリゲンによる茎頂メリステムのエピゲノム・リプログラミングを位置付けた。
(3)新種誕生を部分的に再現した染色体添加系統のゲノム解析では、3Dゲノムを解析する技術Hi-Cを栽培イネと野生イネ、および染色体添加系統にて行う実験系を初めて開発し、これを駆使して染色体添加によるゲノムショックの具体的な影響を3Dゲノムおよび一次配列の側面から検討可能にした。
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| Strategy for Future Research Activity |
1)フロリゲンによる花芽分化の「鍵と鍵穴」のイメージングと機能解明では、フロリゲンのライブイメージング実験系を駆使してフロリゲンの組織内分布を決定するメカニズムに迫る。同時に、花形成において重要な役割を果たす植物ホルモンのイメージング系も確立できたので、フロリゲンと植物ホルモンが相互作用しながら花芽形成の発生学的過程を進行させる実態をイメージングによって初めて明らかにする。
(2)フロリゲンによるエピゲノム・リモデリングの分子メカニズム解明では、メリステムのエピゲノムが生殖過程を含めた植物エピゲノムのグラウンド・ステートである可能性を見出したので、この可能性を追求する。
(3)新種誕生を部分的に再現した染色体添加系統のゲノム解析では、確立した技術Hi-Cを駆使して駆使して染色体添加によるゲノムショックの具体的な影響を3Dゲノムおよび一次配列の側面から検討する。
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