2021 Fiscal Year Annual Research Report
Integrated understanding of interspecific-incompatibility and self-incompatibility in the Brassicaceae
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21H05030
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
高山 誠司 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (70273836)
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| Project Period (FY) |
2021-07-05 – 2026-03-31
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| Keywords | 植物 / 有性生殖 / 自家不和合性 / 種間不和合性 / 情報伝達 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
アブラナ科植物の花粉選択の統合分子モデル提唱に向けて、以下の３課題の解明を進めた。
【課題１】異種花粉排除の分子機構解明：異種花粉の排除に関わる雌ずい因子SPRI1の作動原理を解明するため、機能を保持する形で本因子を蛍光標識し、抗体やライブセルイメージングにより細胞内挙動を追跡しうる系を構築した。さらに、本系を利用した共免疫沈降実験により、SPRI1が細胞膜上で複数のタンパク質と相互作用していること、その中にはクチクラ層の主成分クチンの生合成に関わる酵素が含まれることを見出した。一方、GWASによる種間不和合性因子の探索も継続し、SPRI2と命名した新規因子を同定した。本因子はzinc-fingerモチーフを持つ転写因子様のタンパク質であり、ゲノム編集実験によりSPRI1と同じく雌ずい乳頭細胞上における異種花粉排除に関与することが示された。
【課題２】自己花粉排除の分子機構解明：自己花粉の認識に関わる雌ずい受容体キナーゼSRKを発現させた植物細胞を調製し、下流因子を効率良くスクリーニングする系の構築を進めた。この一細胞スクリーニング系の確立と並行して、従来型の逆遺伝学的な探索も進め、SRKの下流で機能すると予測されるチャネル・輸送体分子の遺伝子破壊株を作製し、自家不和合性表現型の変化を調査した。
【課題３】同種花粉受諾の分子機構解明と排除経路干渉の実態解明：同種花粉を受粉させた際に乳頭細胞内で発現誘導される遺伝子をマーカーとする花粉受諾検出システムを用いて、和合受粉経路に異常を示す花粉側変異体を順遺伝学的に探索した。得られた変異体の責任遺伝子を追跡した結果、複数の変異体がVacuolar Protein Sorting 13a (VPS13a)という同一遺伝子上に変異を持つことが示唆された。
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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
本研究では、アブラナ科植物を対象として、雌ずい先端の乳頭細胞が持つ異種花粉排除に関わる種間不和合性経路、自己花粉排除に関わる自家不和合性経路、さらに同種花粉の積極的受入に関わる同種受諾経路、の3経路の理解を深化させると共に、経路間の干渉を含めた花粉選択の統合分子モデルを提唱することを目的としている。本年度は、新型コロナウイルス感染症の影響で、課題２で使用予定のセルソーターの導入に遅延が生じたが、特に課題１と課題３の２つの経路において、新たな遺伝子の関与を見出すなど研究は当初の計画通り順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、各課題について、以下の研究を進める計画である。
【課題１】異種花粉排除の分子機構解明：乳頭細胞膜上でSPRI1と複合体を形成するタンパク質を免疫沈降－質量分析法を用いて同定する。また、新たに異種花粉排除への関与が示唆された転写因子様タンパク質SPRI２について、SPRI1の発現制御へ関与を検証する。さらに、クロマチン免疫沈降シーケンスや網羅的発現解析を行うことで、SPRI2の標的遺伝子を特定する。さらに、SPRI1やSPRI2で排除されない異種花粉を対象としてGWASを継続することで、さらなる新規種間不和合性遺伝子の探索も行う。
【課題２】自己花粉排除の分子機構解明：自家不和合性の雌ずい因子SRKの下流分子を効率良く探索するための一細胞解析系の確立を引き続き進める。さらに、並行して進めている逆遺伝学的解析も継続し、自己花粉排除において機能するチャネル・輸送体分子の特定を進める。
【課題３】同種花粉受諾の分子機構解明と排除経路干渉の実態解明：新たに同定した同種花粉受諾に関わるVPS13aについて、ゲノム編集により機能を保持した形で蛍光標識し、局在解析や相互作用分子の解析からVPS13aの生理機能を明らかにする。
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