2017 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of the molecular mechanisms of apomixis in plants
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17H06256
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
高木 優 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (40357348)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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) |
2017-06-30 – 2020-03-31
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| Keywords | 転写因子 / リプレッサー / アポミクシス / シロイヌナズナ / エピジェネティック制御 / 胚乳 / 胚 / キメラリプレッサー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、受精をおこなわずに種子を形成する現象である植物の「アポミクシス（無融合生殖）」の分子機構解明を目指す。アポミクシスは、これまでに400種類におよぶ植物で見つかっているが、穀物では見つかっていない。アポミクシスを人為的に誘導できればF1ハイブリッド有用形質の固定が可能になるなど、育種革命をもたらす。しかし、アポミクシスを人為的に誘導し得る鍵因子は未だ同定されていない。植物の種子は「胚乳」と「胚」の二つの独立した組織から成り立っており、人為的アポミクシスの実現には両組織の発生誘導が必須である。植物は受粉後、２つの花粉精核が、メス側の中央細胞核と卵細胞核とに重複受精することで、中央細胞は「胚乳」に、卵細胞は「胚」に発生して種子を形成する。これら「胚乳」発生と「胚」発生はそれぞれ独立した機構によって制御されており、本研究では、受精なしで「胚乳」または「胚」の発生を誘導するキメラリプレッサーラインを用い、まずはアポミクシス性「胚乳」と「胚」それぞれの発生機構を個別に解析する。研究代表者は、シロイヌナズナ転写因子キメラリプレッサーライブラリーのスクリーニングから、受精なしで胚乳発生および胚発生を誘導するキメラリプレッサーラインをそれぞれ複数個同定した。本研究では、同定したキメラリプレッサーラインを礎に、未受精で形成されるアポミクシス性「胚乳」と「胚」のそれぞれの発生機構を解明し、種子形成の過程を追うことで、これまでだれも為し得ることのできなかった人為的アポミクシス誘導の実現を目指す。
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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
胚乳発生を誘導するキメラリプレッサーの転写因子をESP1, ESP2, ESP3と命名した。これらをツールとして、胚乳発生時の転写ネットワーク解析、およびエピゲノムのリプログラミングの実体解析による胚乳発生機構を解明するため、受精非依存的に形成された胚乳が胚を養育する能力をもっているかどうかを、花粉精核が1つだけ機能する変異体を用いた胚のみを受精させる系（single fertilization）による解析をおこなった。その結果、野生型植物においては、受精無しでは胚発生は球状型胚で発生が停止してしまうが、ESP1キメラリプレッサーによって誘導された胚乳は、自立胚である心臓型胚まで育成できることを明らかにし、胚養育能のある胚乳であることを明らかにした。ESP3プロモーターとレポーター遺伝子からなるコンストラクトを発現する植物体の解析から、ESP3は受精後に発現し、特に胚珠内で特異的に発現する遺伝子であることが明らかになり、さらにゲノムメチル解析から、メチル化されている遺伝子であることが明らかになった。このことは、ESP3がインプリントされる遺伝子である可能性を示した。さらにイネにおいて、受精無しで胚乳形成の誘導に上記の結果は、これまでのアポミクシス研究では報告されていない新規な発見である。本年度は、ESP1,ESP2, ESP3の機能に関する特許を申請した。次年度はこれらの遺伝子の機能を学術論文にて発表を行う。
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| Strategy for Future Research Activity |
アポミクシス機構の解明のため、30年度は、下記の課題につ移転解析をおこなう。
（１） アポミクシス性「胚」発生機構の解析：1-1, キメラリプレッサー、キメラアクティベーターを用いた、母親由来細胞からのクローン胚形成を試みる。1-2, 母親由来細胞から形成されたクローン胚を検出するための胚マーカーの開発
（２）アポミクシス性「胚乳」発生機構の解析：2-1, キメラリプレッサーが誘導した受精非依存的胚乳におけるトランスクリプトーム解析と、ターゲット因子の同定。2-2, キメラリプレッサーが誘導した受精非依存的胚乳における貯蔵物質の解析
（３）「胚」と「胚乳」の同時誘導によるアポミクシスの再現： 3-1, 「胚」と「胚乳」の同時誘導に必要な時期・組織特異的発現プロモーターの単離と解析。3-2, 「胚」と「胚乳」の同時誘導によるアポミクシスの再現
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Research Products
(8 results)
