2019 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 |
16H06471
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| Research Institution | Yokohama City University |
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Principal Investigator |
木下 哲 横浜市立大学, 木原生物学研究所, 教授 (60342630)
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| Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | 胚乳 / エピジェネティクス / DNA脱メチル化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物の生殖過程では、「他の植物種と交雑することなく自らのゲノムの維持するシステム」が生殖障壁として機能している。このシステムは、受精に至る多段階に配置される「鍵と鍵穴」の分子認証の総体として捉えることができる。興味深いことに、受精前の分子認証を突破した場合でも、受精後の胚乳において、極めて鋭敏な異種ゲノムを感知する分子認証システムが配置されている。ここでは、両親ゲノムの塩基配列レベルの違いのみならず、可塑性の高いエピジェネティックな制御機構が重要な位置をしめていることを、我々は科研費を中心とした研究費支援により一連の分子機構を明らかにしてきた。本研究計画では、植物新種誕生原理の解明のため、（１）受精後の胚乳の生殖障壁をエピジェネティックに誘導するDNA脱メチル化の役割と（２）受精後の胚乳が自らを崩壊させることにより異種ゲノムを排除する機構を明らかにすることを目的とする。
重複受精により胚乳を形成するメス側生殖細胞の中央細胞では、ゲノムワイドなDNA脱メチル化が観察されている。国際的な共同研究を中心としたエピゲノム解析の結果、DNA脱メチル化酵素は単独ではヘテロクロマチン領域には働くことができず、FACTヒストンシャペロンが必要であることが、シロイヌナズナを用いた解析から明らかになっている(Frost et al., PNAS, 2018)。さらに、2019年度は、オス側でもイネの栄養細胞核でのDNA脱メチル化と精細胞核での高メチル化と相関があることを、国際共同研究により明らかにした(Kim et al., PNAS 2019)。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究計画に照らして、計画は順調に進展しており、次の提案に繋がる素材も見つかってきているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度は、種間、倍数体間、倍数性を操作することで種の障壁を打破する交雑時におけるインプリント遺伝子の挙動。これまでに、種間や倍数体間交雑において胚乳の発生の進捗が生殖隔離障壁に重要であることを示してきた。さらには、種の生殖隔離は倍数性を変えることにより打破できることも示してきた。これらの現象において、胚乳発生の亢進、または遅延によって胚乳が崩壊する際には、多くのインプリント遺伝子の発現が乱れることを明らかにしている。種間、倍数体間、種の障壁を倍数性により打破できる組み合わせ、それぞれのインプリント遺伝子のオミクス解析から、何が中心的な経路であるかを明らかにする。インプリント遺伝子の制御には、DNAメチル化、小分子RNA、ポリコーム複合体の経路が知られているが、それぞれの交雑における挙動を比較することにより、どの経路が生殖隔離に主要な経路であるか検証する。
また、胚乳発生に関与するポリコーム変異体の解析これまでにイネでは、ポリコーム複合体の関与はあまり明確ではなかったが、emf2aのノックアウト変異体の解析
がその突破口になり得る。emf2a変異体では、胚乳発生異常が観察されているが、その表現型は種間交雑における細胞化の遅延の表現型に酷似している。表現型解
析をはじめ、標的となり得るH3K27me3修飾された遺伝子の挙動などを解析する。
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