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2022 Fiscal Year Research-status Report

Developmental profiles of fused cells produced by fusion of plant zygotes with somatic protoplasts

Research Project

Project/Area Number 21K15126
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

戸田 絵梨香  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特別研究員 (50783065)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords受精卵 / 体細胞 / 配偶子 / プロトプラスト / イネ / トランスクリプトーム
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、イネ花から単離した卵細胞と精細胞を電気的に融合し受精卵を作出するin vitro受精系を用いて、作出した受精卵にさらに体細胞プロトプラストを融合させることで、融合細胞(融合受精卵)を作出し、それらの発生プロファイルの解析を行う。これにより、分化状態の異なる細胞の融合が、植物受精卵の発生様式にどのような影響を及ぼすかについて、実験発生学的に明らかにすることを目的としている。また、配偶子、体細胞プロトプラストおよび融合受精卵の遺伝子発現解析を行い、それらを受精卵との比較解析に用いることで、受精卵発生を司る分子基盤を浮かび上がらせ、受精卵の細胞特性および発生制御機構の解明につなげる。
イネ卵細胞、精細胞および葉プロトプラストの融合によって作出された融合受精卵の多くは、核合一前後のステージでその発生を停止した。一方で、融合受精卵を構成する配偶子の割合を増やすことによって、融合受精卵が受精卵様の発生様式を示すことが明らかとなった。これらの結果より、細胞内の配偶子と体細胞のゲノム(核相)比率によって、融合受精卵が異なる発生プロファイルを示すこと、また、配偶子の割合を増やすことで、融合受精卵は体細胞由来のゲノム・細胞質・オルガネラとの軋轢を乗りこえ、受精卵としての分裂・発生を進行させることが示唆された。さらに、別の種類の体細胞として、イネの胚盤カルス由来のプロトプラストを融合に用いたところ、これらの融合受精卵は高い発生・分裂率を示した。このことから、融合する体細胞の種類によっても、融合受精卵が異なる発生プロファイルを示すことが明らかとなった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

融合する体細胞の種類によって融合受精卵がどのような発生プロファイルを示すのかを確かめるため、本年度は葉プロトプラストに加えて、胚盤カルス由来のプロトプラストを用いた融合受精卵の作出およびその発生解析を展開した。また、融合受精卵の遺伝子発現プロファイルの解析に向けて、本年度はコントロールとなる体細胞プロトプラストのトランスクリプトームデータを取得し、配偶子との発現比較解析を進めている。

Strategy for Future Research Activity

①受精卵と融合受精卵間における遺伝子発現プロファイルの比較解析:融合受精卵を対象としたトランスクリプトーム解析を行い、受精卵との比較解析を行うことによって、受精卵発生制御に関与する遺伝子群の探索・同定に取り組む。
②異種組み合わせによる融合受精卵の作出およびその発生解析:異種の組み合わせで受精卵と体細胞プロトプラストを融合させることで異種融合受精卵を作出し、その発生プロファイルやゲノム脱落の有無などを解析する。

Causes of Carryover

本年度は主に、融合受精卵の発生解析および体細胞プロトプラストのトランスクリプトーム解析を実施した。融合受精卵の遺伝子発現解析を次年度に行うこととし、未使用額はその経費に充てることとしたい。

  • Research Products

    (14 results)

All 2023 2022

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Transcriptome analyses uncover reliance of endosperm gene expression on Arabidopsis embryonic development2023

    • Author(s)
      Zhang Yilin、Maruyama Daisuke、Toda Erika、Kinoshita Atsuko、Okamoto Takashi、Mitsuda Nobutaka、Takasaki Hironori、Ohme‐Takagi Masaru
    • Journal Title

      FEBS Letters

      Volume: 597 Pages: 407~417

    • DOI

      10.1002/1873-3468.14570

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Genome editing approaches using reproductive cells/tissues in flowering plants2023

    • Author(s)
      Toda Erika、Kato Norio、Higashiyama Tetsuya、Okamoto Takashi
    • Journal Title

      Frontiers in Genome Editing

      Volume: 4 Pages: -

    • DOI

      10.3389/fgeed.2022.1085023

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Genome editing, considering through conventional breeding2023

    • Author(s)
      Yoshida Hitoshi、Tabei Yutaka、Tsuda Mai、Tanaka Junichi、Taniguchi Yojiro、Toda Erika、Takahara Manabu、Shimosaka Etsuo、Kunihisa Miyuki、Sakai Hiroaki、Yoshizaki Goro
    • Journal Title

      Breeding Research

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1270/jsbbr.25.W08

    • Open Access
  • [Journal Article] Isolation of gametes and zygotes from Setaria viridis2022

    • Author(s)
      Toda Erika、Kiba Takatoshi、Kato Norio、Okamoto Takashi
    • Journal Title

      Journal of Plant Research

      Volume: 135 Pages: 627~633

    • DOI

      10.1007/s10265-022-01393-w

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Developmental profiles of zygote-somatic protoplast fused cells in rice2023

    • Author(s)
      Toda E, Kamekawa T, Higashiyama T, Okamoto T
    • Organizer
      第64回日本植物生理学会年会
  • [Presentation] Reliance of endosperm gene expression on Arabidopsis embryonic development2023

    • Author(s)
      Zhang Y, Maruyama D, Toda E, Kinoshita A, Okamoto T, Mitsuda N, Takasaki H, Takagi-Ohme M
    • Organizer
      第64回日本植物生理学会年会
  • [Presentation] 顕微授精法を用いたイネ栽培種-遠縁・近縁野生種間の交雑体および複二倍交雑体の作出2023

    • Author(s)
      小野里佳、戸田絵梨香、手塚拓海、縣歩美、木下温子、佐藤豊、岡本龍史
    • Organizer
      日本育種学会第143回講演会
  • [Presentation] Effect of paternal genome excess on the developmental and gene expression profiles of polyspermic zygotes in rice2022

    • Author(s)
      Toda E, Deushi R, Koshimizu S, Yano K, Okamoto T
    • Organizer
      26th International Congress on Sexual Plant Reproduction
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Transcriptional dynamics during development of early zygotes in rice: An approach using time-course single-zygote RNA sequencing2022

    • Author(s)
      Toda E, Koshimizu S, Kinoshita A, Higashiyama T, Yano K, Okamoto T
    • Organizer
      Cold Spring Harbor Asia “Integrative Epigenetics in Plants”
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Transcriptional dynamics during development of early zygotes in rice: An approach using time-course single-cell RNA sequencing2022

    • Author(s)
      Toda E, Koshimizu S, Kinoshita A, Higashiyama T, Yano K, Okamoto T
    • Organizer
      第55回日本発生生物学会年会
  • [Presentation] 種子形成における胚が制御する胚乳特異的遺伝子発現2022

    • Author(s)
      高崎寛則, Zhang Yilin, 丸山大輔, 戸田絵梨香, 木下温子, 岡本龍史, 大島良美, 光田展隆, 高木優
    • Organizer
      日本植物学会第85回大会
  • [Presentation] イネとシロイヌナズナにおける自然突然変異や培養変異等とゲノム編集技術による変異発生に関する科学的知見の集積とサイエンスコミュニケーション向けた情報提供について2022

    • Author(s)
      津田麻衣, 田部井豊, 田中淳一, 谷口洋二郎, 戸田絵梨香, 高原学, 吉田均
    • Organizer
      日本育種学会第142回講演会
  • [Presentation] イネ受精卵の初期発生過程における転写ダイナミクス2022

    • Author(s)
      戸田絵梨香、越水静、木下温子、東山哲也、矢野健太郎、岡本龍史
    • Organizer
      学術変革領域研究「挑戦的両性花原理」2022年度若手の会
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 植物の配偶子と体細胞の融合細胞及びその製造方法2022

    • Inventor(s)
      戸田絵梨香、岡本龍史
    • Industrial Property Rights Holder
      戸田絵梨香、岡本龍史
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2022-155645

URL: 

Published: 2023-12-25  

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