2019 Fiscal Year Annual Research Report
Molecular mechanism and evolution of self-incompatibility in plants
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16H06380
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
高山 誠司 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (70273836)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
和田 七夕子 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (50379541)
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| Project Period (FY) |
2016-05-31 – 2021-03-31
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| Keywords | 植物 / シグナル伝達 / 蛋白質 / 進化 / 自家不和合性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、自家不和合性の分子機構と進化に関する下記３課題について、以下の研究成果を得た。
１）自己および非自己認識機構の蛋白質構造化学的解明：アブラナ科植物では、結晶構造を解明したSハプロタイプと近位の7つのSハプロタイプについてSP11とSRKの立体構造をホモロジーモデリングにより予測し、MM-GBSA法による総当たり結合実験を行い、いずれも自己の組み合わせにおいて最も複合体が安定化することを見いだした。ナス科植物については、3つのS-RNaseの結晶構造を決定すると共に、これらと相互作用するSLFの部位特異的置換実験を実施し、SLFが自己を認識しないように変異を蓄積してきた経緯を一部明らかにした。
２）自他認識から受精阻害あるいは受精促進に至るまでの情報伝達系の解明：本年度は、アブラナ科の自家和合性種のシロイヌナズナの雌ずいが、SRKを導入しても安定な自家不和合性を獲得しない原因の解明を進め、進化の過程でSRKの発現を抑制する逆位反復配列を繰り返し獲得していることを明らかにした。さらに、東北大学と共同でアブラナ科植物の自家和合性変異株の解析を進め、新たな原因遺伝子座の特定に成功し報告した。ナス科植物においては、自家受粉時における花粉管mRNA量の低下が、花粉管内に蓄積するS-RNaseのリボヌクレアーゼ活性に依存する分解によるものかどうかを検証するための系の確立を進めた。
３）植物自家不和合性の進化過程の解明：自家和合性種の雌ずいが自家不和合性種の花粉を受入れ易いとする一側性不和合性は、自家不和合性と種間不和合性の関連性を示唆する興味深い現象である。本年度は自家和合性種のシロイヌナズナに異種花粉の受入れ易さに多型があることを利用して一側性の不和合性に関わる遺伝子座を複数同定した。その内の一つは、自家不和合性には関与せず、種間不和合性に特化した分子であることを明らかにした。
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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
研究実施計画に掲げた3項目については、いずれも計画通り順調に進展している。１）のアブラナ科植物における自己認識機構の蛋白質構造化学的解析では、結晶構造解析結果に基づくシミュレーション解析により、複数のSハプロタイプのSP11-SRKについて自己特異的な結合が確認され、両者が鍵と鍵穴構造を保持しつつ柔軟に多様性を獲得してきた経緯が明らかにされつつある。ナス科植物の非自己認識機構についても、結晶構造が解明された３つのS-RNaseと、部位特異的変異導入SLFとの相互作用解析により、各Sハプロタイプが自己認識型SLFに変異を蓄積し、自己認識を回避してきた経緯が明らかにされつつある。２）のアブラナ科植物における情報伝達系の解明においては、SRK下流の情報伝達系に関して新たな原因遺伝子座の関与を発見し、新たな独自の手掛かりを得ることができた。ナス科植物においては、自己花粉管内におけるS-RNaseの分解モデルを証明するための実験系が確立されつつある。３）の自家不和合性の進化過程の解明においては、我々が提唱したS-RNase型非自己認識システムが祖先型自家不和合性システムとして広く植物界に分布するという説を支持する報告が集まりつつあり、新たな視点としてNews & Viewsに寄稿した。また、自家不和合性との関与が示唆される一側性の種間不和合性の原因遺伝子座の解析を進め、自家不和合性とは独立に進化した遺伝子座の発見に成功し報告した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は上記３課題について、以下の研究項目を実施する。
１）自己および非自己認識機構の蛋白質構造化学的解明：アブラナ科植物については、ホモロジーモデリングによるSP11-SRK構造予測をより広範なSハプロタイプに拡大すると共に、部位特異的変異導入実験等を通じて予測構造の正当性を証明し、論文にまとめて報告する。ナス科植物については、SLFの異種細胞発現系での発現検討を継続すると共に、結晶構造を明らかにしたS-RNaseと部位特異的変異導入SLFとの相互作用情報をもとに非自己認識モデルを作成して報告する。
２）自他認識から受精阻害あるいは受精促進に至るまでの分子機構解明：アブラナ科植物については、SRKのリン酸化以降の情報伝達経路に関わる分子の特定を進め、自家不和合性機構に関する新たな分子モデルを提唱する。ナス科植物については、自家受粉後の花粉管由来RNAのデグラドーム解析を進め、自家受粉時特異的なRNA分解モデルを証明する。
３）植物自家不和合性の進化過程の解明：異形花型を含む各種自家不和合性遺伝子座のゲノム解析をを継続し、植物が多様な性表現を獲得してきた経緯を解明する。
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Research Products
(16 results)
