Molecular mechanism and evolution of self-incompatibility in plants

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 16H06380
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Applied biochemistry
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: TAKAYAMA Seiji 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (70273836)
• 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)
• Project Period (FY): 2016-05-31 – 2021-03-31
• Keywords: 植物 / 有性生殖 / 自家不和合性 / 自他識別 / シグナル伝達 / 進化

Outline of Final Research Achievements

The three-dimensional structures of pollen and pistil determinants involved in self-incompatibility were elucidated, and the self-recognition mechanism in Brassicaceae and the non-self-recognition mechanism in Solanaceae were clarified at the protein level. We found that Brassicaceae plants induce self-incompatibility responses using a unique Ca2+ signaling pathway, and that Solanaceae plants enable cross fertilization through nonself-specific degradation of pistil factors, which function as cytotoxin. We proposed a new evolutionary model in which reversible conversion to self-compatibility in response to environmental changes was involved in the acquisition of diverse self-incompatibility mechanisms in plants.

Free Research Field

農芸化学、応用生物化学、生物有機化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

自己・非自己の識別は、生物の根幹を成す基本的性質である。また、自家不和合性は、植物が種の遺伝的多様性を獲得する上で不可欠の性質である。一方で、氷河期など植物が孤立する環境下では自家不和合性は生存にとって不利に働く。本研究は、自家不和合性の仕組みとその可塑性を明らかにし、植物が多様な性表現を獲得し繁栄してきた経緯の理解を目指すものである。持続可能な地球環境維持に向けて重要な基礎的視点を提供すると共に、新たな植物育種法の確立など農業面への応用展開も期待できる研究である。