2014 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Correlative gene system: establishing next-generation genetics |
|---|
| Project/Area Number |
23113005
|
|---|
| Research Institution | Nagoya University |
|---|
Principal Investigator |
松岡 信 名古屋大学, 生物機能開発利用研究センター, 教授 (00270992)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中嶋 正敏 東京大学, 農学生命科学研究科, 准教授 (50237278)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2016-03-31
|
| Keywords | 育種学 / 遺伝学 / 遺伝子 / 植物 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
ジベレリン(GA)は陸上植物の進化の過程で、共通な受容・伝達システムを保持しながら、コケ・シダ・被子植物において、雄性器官の運命決定・発達、茎葉伸長、種子発芽など、様々な生命現象に関与するようになった。本研究は、進化の諸段階で様々な機能の分化に成功したGA 化合物と受容システムを解析し、ゲノム・遺伝子相関の一つのモデルケースを提供することを目的として進化過程における3つの局面を取り上げ、研究を行う。
(1)陸上植物に共通するGAMYBが制御する雄性生殖器官発達機構
GAMYBはコケの時代（GA合成や受容成立以前）とそれ以後（シダ植物以降、GA信号伝達下で）を通して雄性生殖器官形成に関与する。コケGAMYB破壊株の茎葉体茎頂において729個の発現変動遺伝子を見いだし、発現減少遺伝子の5’上流域にはGAMYB結合配列が高頻度に存在することを確認した。この発現変動遺伝子についてシロイヌナズナのオーソログ遺伝子を抽出し花粉発達に必須なAMSやMS1のオーソログ遺伝子が含まれることを確認した。この結果は、コケ植物と種子植物の雄性生殖器官形成にはGAMYBが必須であり、両者の胞子発達・造精器形成における分子機構は酷似していると想定される。
(2)シダ（カニクサ）のアンセリジオーゲン（An）の合成と受容 カニクサAｎの合成と受容機構について解析しその機構を解明した。
(3)シロイヌナズナの多様化したGA受容メカニズムの生理的意義に関する研究 シロイヌナズナは3種類のジベレリン受容体AtGID1a, b, cを持つ。これら3種のAtGID1とシロイヌナズナに存在する5種のDELLA因子との全15通り(3×5)の組合せで2分子間の結合の親和性を評価したところ、AtGID1bは他と異なる傾向を示し、他のGID1よりDELLA因子との親和性が強いことが分かった。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
シダ（カニクサ）のアンセリジオーゲン（An）の合成と受容に関して、以前から提唱していたモデル（カニクサ前葉体は、その発生過程の初段階でAnにさらされると、取り込まれた後GA3oxの働きにより活性型のGAに変換しGID1-DELLAシステムにより受容され造精器形成を誘導する。一方、発生過程の初段階でAnにさらされず発生が中期以降に進むと、GA3oxが減少しAnの受容活性は低下し、その代わりGA3oxの基質であるGA9までの酵素が強く発現し自身がAn合成を活発に行う）の検証を終了した。前年度の結果に加えて、何故、シダが直接GA中間体を用いずに中間体をメチル化した化合物に変換するかを検討するために、GA4, GA4-メチル, GA9, GA9-メチルを用いて前葉体との結合のしやすさを調べた、その結果、メチル化GAはメチル化フリーGAに比べ前葉体との結合をしやすくさらに取り込まれやすいことが確認された。今年度は、上記の研究の基盤となったカニクサの発現データベースの開発を、明治大学・矢野班との共同研究により行った。カニクサの生殖器官を中心とした9個の器官別のRNAを用いて、HiSeqと454 GS-FLXの次世代シークエンサー解析 (RNA-Seq)を行い、様々なアセンブリソフトの比較検証に基づき確度の高い転写産物の配列決定と発現情報を取得した。アセンブリソフトの評価から、HiSeqリードから構築された一次アセンブリ配列と454 GS-FLXのリード配列を用いた統合de novoアセンブリが最も成績が良く、最終的に平均長1,444bpに相当する37,830個の転写isoformを推定した。ORF予測により得られた転写isoformの代表ORF配列から、アノテーション、InterProScanのドメイン情報、KEGGパスウェイ情報、GO情報を付与するとともに、5つの他モデル植物の参照配列を用いてオーソログ解析を実施した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
GA信号伝達機構の確立（「如何にして生物は新規信号伝達機構を構築するか」）
上述したカニクサを用いたAnの研究と平行してGA信号伝達機構の確立に関する研究を進めており、今年度はこの研究をまとめる。本研究は、生物の複雑な生命現象を生み出す「ゲノム・遺伝子相関」の実体解明の観点から、GAMYB制御システムがコケの時代とそれ以降で変化したか（しなかったのか）、しなかったとしたらどのようにGA信号の下流に組み入れられたかの質問に答えることを目的としている。今年度は、既に単離されたコケGAMYBの制御下にある遺伝子発現制御システムを解析するとともに、この制御システムがシロイヌナズナでどの程度保存されているかを確認する。予備的結果では、GAMYBはコケとシロイヌナズナ間で共通した標的遺伝子の発現を制御することが確認されており、この機構に関する研究を進める。
原始GA分子種の構造解明
コケ生命現象の制御に寄与する「原始GA」とでも呼ぶべき生理活性物質の構造解析を進める。コケの一種・ヒメツリガネゴケにおいて内生GAが検出されず、その生合成に必要な酵素群もすべては揃わない。途中カウレン酸までの合成のみ進行しており、これを遺伝的・化学的に阻害するとコケ原糸体の分化過程が滞る。この停滞はGA投与で回復せず、カウレン酸投与なら回復する。よって、GAとは構造の異なるカウレン酸代謝物・原始GAがコケ生命現象を制御することが明白である。今年度は原始GA分子の構造解明に向けて、カウレン酸代謝物に焦点を当てる。GAが存在せず原始GAが生理機能を持つことと、GA受容体が存在せず原始GA受容の仕組みが存在するという両関係について、分子共進化の観点から大いに興味が持たれる。
|
