陸上植物の性分化を支配する遺伝子制御ネットワークの進化

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22KF0259
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 中島 敬二 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (80273853)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): LU YEN-TING 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2023-03-08 – 2024-03-31
• Keywords: ゼニゴケ / ヒメツリガネゴケ / 生殖細胞 / 有性生殖 / 進化

Outline of Annual Research Achievements

ゼニゴケにおいて、常染色体上のMpFGMYB遺伝子が雌性分化を促進する。MpFGMYB遺伝子座にはアンチセンス非コードRNA遺伝子SUFが存在し、雄個体ではSUFが発現することでMpFGMYBの発現が抑制され、雄分化が促進される。MpFGMYBの誘導型過剰発現体を用いたRNA-seq解析から、雌の性染色体（U染色体）上に座乗し、卵細胞とその前駆細胞で強く発現するMarchantia polymorpha Egg Maturation Factor on U Chromosome (MpEMU)遺伝子を同定した。MpEMUをゲノム編集により欠損させた複数のゼニゴケ変異体において、共通して卵前駆細胞に異常な分裂が起こり、成熟卵を形成しないことが明らかとなった。MpEMUの相同遺伝子は、苔類であるヒメツリガネゴケや、他のゼニゴケ植物のゲノムにも存在するが、コードするタンパク質のアミノ酸配列の保存性はごく限られた領域に限定されていた。ヒメツリガネゴケのゲノムには、MpEMUの相同遺伝子が１つだけ存在しており、これをPpEMUと名付けた。PpEMUはMpEMUと同様に雌性生殖器官で優勢に発現することが示唆された。そこでPpEMUをゲノム編集によりノックアウトし、複数の独立な変異体を得た。これらの変異体の表現型解析を進めることで、EMU遺伝子がコケ植物の雌性生殖器官や卵細胞の分化に果たす役割を明らかにできると考えられる。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Gregor Mendel Institute(オーストリア)
  • Country Name: AUSTRIA
  • Counterpart Institution: Gregor Mendel Institute
• [Int'l Joint Research] University of Edinburgh/University of Cambridge(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: University of Edinburgh/University of Cambridge
• [Int'l Joint Research] University of Lyon(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: University of Lyon
• [Int'l Joint Research] VIB Center for Plant Systems Biology/Ghent University(ベルギー)
  • Country Name: BELGIUM
  • Counterpart Institution: VIB Center for Plant Systems Biology/Ghent University
• [Journal Article] Convergent evolution of water-conducting cells in Marchantia recruited the ZHOUPI gene promoting cell wall reinforcement and programmed cell death (2024)
  • Author(s): Lu Yen-Ting, Loue-Manifel Jeanne et al.
  • Journal Title: Current Biology Volume: 34 Pages: 793～807.e7
  • DOI: 10.1016/j.cub.2024.01.014
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Identification of a novel U-chromosomal gene required for egg cell differentiation in Marchantia polymorpha (2023)
  • Author(s): Yen-Ting Lu, Yihui Cui, Masaki Shimamura, Emiko Yoro, Sakiko Ishida, Tomoaki Kajiwara, Tetsuya Hisanaga, Takayuki Kohchi, Keiko Sakakibara, Tatsuaki Goh, Keiji Nakajima
  • Organizer: 33rd International Conference on Arabidopsis Research 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] An Unknown U Chromosomal Gene Indispensable for Egg Cell Differentiation in Marchantia polymorpha. (2023)
  • Author(s): Yen-Ting Lu, Yihui Cui, Emiko Yoro, Junko Kawai, Masaki Shimamura, Sakiko Ishida, Tomoaki Kajiwara, Tetsuya Hisanaga, Takayuki Kohchi, Keiko Sakakibara, Tatsuaki Goh, Keiji Nakajima
  • Organizer: 日本植物学会第87回大会
• [Presentation] Identification of a novel U-chromosomal gene required for egg cell differentiation in Marchantia polymorpha (2023)
  • Author(s): Yen-Ting Lu, Yihui Cui, Emiko Yoro, Junko Kawai, Masaki Shimamura, Sakiko Ishida, Tomoaki Kajiwara, Tetsuya Hisanaga, Takayuki Kohchi, Keiko Sakakibara, Tatsuaki Goh, Keiji Nakajima
  • Organizer: Taiwan-Japan Plant Biology 2023
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 有性生殖システムの制御機構と進化
  • URL: https://bsw3.naist.jp/nakajima/project/Sexual_reproduction.html