Molecular mechanisms for dormancy of clonal propagules in a bryophyte

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H03247
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 44030:Plant molecular biology and physiology-related
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: Ishizaki Kimitsune 神戸大学, 理学研究科, 教授 (00452293)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 休眠 / クローン繁殖子 / コケ植物 / アブシシン酸 / 細胞周期 / 進化

Outline of Final Research Achievements

Dormancy is a key process employed by land plants to adapt to harsh terrestrial environments. The liverwort Marchantia polymorpha produces dormant propagules called gemmae for asexual reproduction. The plant hormone abscisic acid (ABA) plays important roles in regulating dormancy in both the seeds of flowering plants and the gemmae of M. polymorpha. We identified the transcription factor MpHYP/MpbHLH40 as a key regulator of gemma dormancy. Knock-out mutants of MpHYP showed much higher germination rates of gemmae in gemma cups than ABA-related mutants. Transient induction of MpHYP caused growth arrest of gemmae and thalli. Transcriptome and RT-qPCR analyses revealed that MpHYP represses the expression of cell cycle-related genes and induces ABA biosynthesis and ABA-responsive genes. Our results have suggested that MpHYP regulates gemma dormancy mainly through the ABA-independent pathway, providing clues about ABA-dependent and independent regulation of dormancy in land plants.

Free Research Field

植物分子生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

植物の種子や芽の休眠は農業や園芸の分野において重要な形質であり、主に作物やモデル被子植物を用いて研究が進められてきた。本研究は、コケ植物のクローン繁殖子における休眠が転写因子を介した精緻な遺伝子発現制御の仕組みによってコントロールされていることを世界で初めて示したものである。本研究で発見した休眠制御因子の作用点は植物に共通する植物ホルモン生合成や細胞周期制御因子であることから、植物共通の休眠操作系の開発、将来的には作物や有用植物の種子や芽の長期保存手法の開発に繋がる基盤的知見を提供することが期待される。