2019 Fiscal Year Annual Research Report
受精を引き金とする老化：イネ生殖組織由来の老化誘導シグナル分子の同定
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18J02251
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| Research Institution | Yokohama City University |
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Principal Investigator |
大西 由之佑 横浜市立大学, 木原生物学研究所 植物エピゲノム科学部門, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | 被子植物 / イネ / 受精 / 初期胚発生 / 老化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
被子植物の重複受精は、次世代の植物体となる受精卵（のちの胚）と、発生中の胚と発芽時の幼植物体に栄養分を供給する初期胚乳細胞（のちの胚乳）を生む。これら胚と胚乳は, 母体からの積極的な栄養供給を受けることで種子形成を完遂するが、この種子形成に伴い、母体植物は成長維持から次世代支援への生活環の移行、つまり老化を起こす。これまで、この種子形成の開始（開花に伴う受精）と老化の連動は古くからその関連が指摘されてきたが、葉組織における生理・遺伝学的な老化メカニズムの解析が進む一方で、未だその種子形成の開始と母体植物の生活環の変化を介在する分子メカニズムの正体は明らかにされていない。そこで、報告者はこの詳細を明らかにするため、人工気象機による一定環境下で栽培されたイネを用いて、受精の有無と母体植物の生活環移行との関連性を調査する。
採用第1年度目では、イネの老化様式を理解するために、人工気象機内で栽培したイネの形質と老化の進行度として開花後の葉の葉緑素量を計測した。さらに同様の測定を、花序を半分数除去する、花序を全て除去するなど、外因的に受精条件を変更したイネ個体に対しても実施した。採用第2年度目では、それら計測した項目値間における相関係数を算出し、人工気象機内で栽培されたイネにおける老化進行の体系化を行うことで、受精の有無と老化進行を評価する受精-老化評価系を確立した。この評価系を用いて、外因的な受精条件の変化が及ぼす母体植物体の黄化進行への影響を解析したところ、花序の切除数に応じて葉の黄化開始日・黄化速度が変動することが示され、それらが受精の有無による影響を受けることが示唆された。これに加え、採用第2年度目では、受精に伴い誕生する受精卵内の早期遺伝子発現にも着目し、被子植物の受精卵発生メカニズム自体の理解も進めてきた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
採用第1年度目にて計測された4世代分20項目の形質をもとに、採用第2年度目では、受精の有無と老化進行を評価する受精-老化評価系を確立した。この評価系を用いて、外因的な受精条件の変化が及ぼす母体植物体の黄化進行への影響を解析したところ、花序の切除数に応じて葉の黄化開始日・黄化速度が変動することが示され、それらが受精の有無による影響を受けることが示唆された。今後は、母体植物が受精、発生のどの過程を認識しているのか、明らかにするために、「各受精・発生プロセスが停止する変異体の選出と作出」を行う必要がある。また採用第2年度目では、同年度に発表した報告者の研究(Ohnishi et al., 2019)から示されたCa2+誘導性の新規遺伝子発現の詳細を明らかにするため、CaCl2処理を施した卵細胞および細胞融合直後の受精卵のトランスクリプトーム解析を行った。精細胞・卵細胞・受精卵の発現データとの比較解析の結果、精細胞の侵入前後において発現レベルの変動を示す遺伝子群の存在が明らかになった。この結果は、これまで考えられていたよりも早期に、精細胞進入による細胞内Ca2+レベルの上昇によって受精卵内で新規発現が起こることを示唆している。これに加え、受精時に精細胞から卵細胞内に運ばれるmRNAには直ちに分解される一群のmRNAと受精卵内で比較的安定的に存在するmRNAという雄性mRNAの安定性についての興味深い結果を得ている。
最終年度では、これら採用第2年度において得られた、受精と母体植物体生活環との関係性と受精自体の知見「精細胞から持ち込まれた mRNA の初期受精卵発生への関与」についての解析を進める。
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| Strategy for Future Research Activity |
これら研究の次のステップ「各受精・発生プロセスが停止する変異体の選出と作出」と「精細胞から持ち込まれた mRNA の初期受精卵発生への関与」を行う・調査するにあたり、分子遺伝学的手法の習得が必要になった。これまで報告者は、高度な顕微操作技術が要求される実験系を主軸に研究を進展してきた。その一方、分子生物学的手法に関してはその知識・経験が不足しており、これら次のステップに進むために、採用第3年度より、シロイヌナズナを用いる分子生物学的手法に秀で、かつ、胚・胚乳の観察にも優れた技術・環境と知見を有するKawashima博士の研究室にVisiting Scholarとして訪問し、シロイヌナズナの育成と形質転換体の作成といった基本的な技術から、受精・胚発生に特化した観察方法や、胚乳細胞に対するINTACT法を用いた胚乳核の抽出、FISH法による胚珠特異的mRNAの標識といった高度な手法を習得する。加え、RNA-Seqデータの解析およびその解析手法の習得も予定おり、これら習得した分子生物学的手法を用いて、上記の研究を進展させていく。
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Research Products
(1 results)
