コケ植物繁殖子の休眠を制御する分子メカニズムの解明

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H03247
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 石崎 公庸 神戸大学, 理学研究科, 教授 (00452293)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: コケ植物 / 休眠 / アブシシン酸 / 成長制御

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、ゼニゴケにおける無性芽休眠の統合制御因子候補であるMpbHLH40に焦点をあて、その上流と下流の制御ネットワークを明らかにすることを目的とした。MpbHLH40の機能欠損変異体は杯状体内で無性芽が発芽する表現型を示す。本年度はMpbHLH40の発現動態についてリアルタイムPCRにより組織別のRNA蓄積量とプロモーター活性を解析し、MpbHLH40が発生中の無性芽で高く発現することを確認した。MpbHLH40遺伝子の発現自体がABAによって制御される可能性について検証したが、ABAはMpbHLH40遺伝子の発現制御には関与していないことが示唆された。また無性芽の発芽率を定量的に解析する手法を確立し、MpbHLH40機能欠損変異体での無性芽発芽率が、ABAシグナル伝達関連因子の変異体よりも顕著に高いことを明確に示すことができた。
MpbHLH40の下流にグルココルチコイド受容体ドメイン（GR）を融合したMpbHLH40-GRコンストラクトを導入した形質転換体を利用してMpbHLH40の下流で制御される遺伝子制御ネットワークの解析にも着手した。その結果、MpbHLH40下流でABA生合成に関わるNCED遺伝子の発現が制御されることが示唆された。MpbHLH40変異体の無性芽やMpbHLH40-GR株ではNCED遺伝子に加えてABA応答性遺伝子群の発現が顕著に変動することが明らかになったので、MpbHLH40は少なくとも部分的にはNCED遺伝子の発現制御を介してABA量を調節することによって無性芽休眠を正に制御する、という仮説を立てるに至った。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

MpbHLH40がゼニゴケの無性芽休眠を制御する分子メカニズムについて、様々な観点から解析をすすめ、より具体的な仮説を構築できた。MpbHLH40下流の遺伝子制御ネットワークの解析については、ほぼ予定された解析が進んでいる。ABAシグナル伝達因子の機能欠損変異体のサンプルについて準備が間に合わず、一部のデータを翌年度に繰り越して取得することになったが、概ね研究は計画に沿って順調に進んでいると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

MpbHLH40機能欠損変異体の無性芽と、MpbHLH40-GR株の機能誘導時におけるRNA-seqデータは取得できた。解析結果から、MpbHLH40の下流でABA生合成に関わるNCED遺伝子の発現が制御されABA生合成が上昇することが示唆されたので、MpbHLH40機能欠損株の無性芽と、MpbHLH40-GR株におけるABA量を解析する予定である。
またABAとMpbHLH40との関連を更に解析するため、ABAシグナル伝達関連因子の機能欠損変異体との比較解析を進めていく予定である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] TEMASEK Lifesciences Laboratories(シンガポール)
  • Country Name: SINGAPORE
  • Counterpart Institution: TEMASEK Lifesciences Laboratories
• [Int'l Joint Research] Max Planck Institute(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: Max Planck Institute
• [Journal Article] The RopGEF KARAPPO Is Essential for the Initiation of Vegetative Reproduction in Marchantia polymorpha (2019)
  • Author(s): Hiwatashi, H., Goh, H., Yasui, Y., Koh, L.Q., Takami, H., Kajikawa, M., Kirita, H., Kanazawa, T., Minamino, N., Togawa, T., Sato, M., Wakazaki, M., Yamaguchi, K., Shigenobu, S., Fukaki, H., Mimura, T., Toyooka, K., Sawa, S., Yamato, K.T., Ueda, T., Urano, D., Kohchi, T. and Ishizaki, K.
  • Journal Title: Current Biology Volume: 29 Pages: 3525～3531.e7
  • DOI: 10.1016/j.cub.2019.08.071
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] GEMMA CUP-ASSOCIATED MYB1, an Ortholog of Axillary Meristem Regulators, Is Essential in Vegetative Reproduction in Marchantia polymorpha (2019)
  • Author(s): Yasui Yukiko、Tsukamoto Shigeyuki、Sugaya Tomomi、Nishihama Ryuichi、Wang Quan、Kato Hirotaka、Yamato Katsuyuki T.、Fukaki Hidehiro、Mimura Tetsuro、Kubo Hiroyoshi、Theres Klaus、Kohchi Takayuki、Ishizaki Kimitsune
  • Journal Title: Current Biology Volume: 29 Pages: 3987～3995.e5
  • DOI: 10.1016/j.cub.2019.10.004
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A conserved regulatory mechanism mediates the convergent evolution of plant shoot lateral organs (2019)
  • Author(s): Naramoto Satoshi、Jones Victor Arnold Shivas、Trozzi Nicola、Sato Mayuko、Toyooka Kiminori、Shimamura Masaki、Ishida Sakiko、Nishitani Kazuhiko、Ishizaki Kimitsune、Nishihama Ryuichi、Kohchi Takayuki、Dolan Liam、Kyozuka Junko
  • Journal Title: PLOS Biology Volume: 17 Pages: e3000560
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.3000560
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] An evolutionarily conserved mechanism for production of secondary meristems in land plants (2019)
  • Author(s): Kimitsune Ishizaki
  • Organizer: International Symposium: Principles of pluripotent stem cells underlying plant vitality
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ゼニゴケ無性芽形成に機能するRopおよびRopGEFの細胞内局在解析 (2019)
  • Author(s): 樋渡琢真, 上野亜紀, 金澤建彦, 南野尚紀, 深城英弘, 三村徹郎, 上田貴志, 石崎公庸
  • Organizer: 日本植物学会第83回大会
• [Presentation] GEMMA CUP-ASSOCIATED MYB1, an orthologue of axillary meristem regulator, is essential for vegetative reproduction in the liverwort Marchantia polymorpha (2019)
  • Author(s): Kimitsune Ishizaki
  • Organizer: Marchantia Workshop 2019
  • Invited
• [Presentation] Marchantia polymorpha as a model for evolutionary biology (2019)
  • Author(s): Kimitsune Ishizaki
  • Organizer: The Vassilios Sarafis OzBryo Meeting
  • Invited
• [Presentation] An evolutionary conserved mechanism for production of secondary meristems in land plants (2019)
  • Author(s): Kimitsune Ishizaki
  • Organizer: Australian Society of Plant Scientists Conference: ASPS 2019
  • Invited
• [Book] 植物生理学 第2版 (2019)
  • Author(s): 石崎 公庸(担当:分担執筆, 範囲:第１章)
  • Total Pages: 242
  • Publisher: 化学同人
  • ISBN: 9784759819977
• [Remarks] 神戸大学石崎研究室ホームページ
  • URL: http://www.research.kobe-u.ac.jp/fsci-ishizaki/index.html