2023 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:昨年度、種間不和合性に関わるSPRI1の相互作用因子として、クチン生合成酵素の解析を行った。その結果、クチン生合成と分解は雌ずいにおいてアンタゴニスティックに働いており、クチクラ層が種間不和合性において重要な役割をもつことが示唆された。さらに、新たな種間不和合性の転写制御因子SPRI2について解析を進め、SPRI2 が雌ずいにおける異種花粉排除を統括していることを見出した（Fujii et al Nature Plants 2023）。さらに、より近縁の異種花粉を対象にGWASによる種間障壁因子の探索を進めたところ、SPRI1/2とは異なる新規種間不和合性因子を同定することに成功した。この因子が排除する花粉の特異性について解析を進めるとともに、その機能解析を行った。
【課題2】自己花粉排除の分子機構解明:情報伝達因子探索のための一細胞解析系の確立を進めると同時に、SRK下流で機能すると想定されるチャネル・輸送体分子の逆遺伝学的探索を進めた。その結果、ある特定のチャネル分子群の破壊株が、自家不和合性を欠失することを見出した。さらに、このチャネルをコードする遺伝子の多重変異体の作成に成功したため、その機能解析を行っている。
【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:昨年度、花粉受諾検出システムを用いた順遺伝学的探索により、同種花粉受諾に関わる因子VPS13aを同定した。生化学的な解析から、VPS13a はエキソサイトーシスや脂質体と粗面小胞体の解離に関わることを見出し、現在本成果について追試を行い、論文投稿を目指している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed 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。これまでに、SPRI2、SRK下流のチャネル、VPS13aといった全3経路の重要因子を発見し機能解析に着手しつつある。
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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。
【課題1】異種花粉排除の分子機構解明:引き続き、SPRI1複合体の構成メカニズムの解明を行う。また、クチクラ層を含む細胞壁構造が種間不和合性における物理的障壁として機能していることを示唆するデータが蓄積しつつあるため、成果公表を目指す。一方、より近縁の花粉に対して種間不和合性をもたらす雌ずい側の新規分子に関しては機能解析や進化解析を完了させ、成果公表を急ぐ。それと同時にGWASによって対応する花粉側の相互作用分子の特定を進め、作用機序を明らかにする。
【課題2】自己花粉排除の分子機構解明:自家不和合性への関与が示唆された新規チャネル分子候補について多重変異体を作出したため、そのシグナル伝達系への関与を引き続き精査する。特に、SP11-SRK のリン酸化経路の下流でこのチャネルが制御される生化学的なメカニズム や、チャネルのCa2+の透過能の解析を進める。
【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:乳頭細胞に花粉受諾情報を送らないvps13a 変異体の機能解析についての成果公表を急ぐとともに、更なる解析を継続する。VPS13aはリン脂質チャネルの一種であることが報告されているため、LC-MS/MSによるリン脂質網羅分析系を立ち上げた。本手法を用いて、vps13a変異体のリン脂質プロファイルを明らかにすることで、vps13a変異体が花粉受諾情報を送れないプライマリーな原因に迫りたい。
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