アブラナ科植物の和合受粉過程を誘導するシグナルとその情報伝達系の解析

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 23570056
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 岩野 恵 奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 助教 (50160130)
• Keywords: アブラナ科植物 / カルシウムイオン / 和合受粉 / Calcium ATPase

Research Abstract

被子植物は、雌蕊に運ばれてくる様々な花粉の中から適切な交配相手を選択する機構を発達させている。アブラナ科植物では、雌蕊先端に異種の花粉や、同種の自家花粉が受粉した場合には、花粉の発芽・花粉管伸張が阻害されて受精に至らない。これに対して、同種他家の花粉が受粉した場合には、花粉は発芽し、花粉管は雌蕊を伸長し、胚珠に到達して受精に至る。申請者はこれまでに、アブラナ科植物の花粉が、同種の雌蕊に対してその花粉の受容に必要な一連の生理反応を誘導する何らかの因子（「和合シグナル」と呼ぶ）を保持している可能性を見いだしてきた。本申請の目的は、１）和合シグナルの実体解明と、２）和合シグナルにより雌蕊乳頭細胞で誘導される情報伝達系の解明を進めることである。
本申請の研究期間中に、１）については「和合シグナル」の花粉からの抽出方法を確立し、カルシウムグリーンアッセイ系により活性のある画分を得ることに成功した。今後この画分の性状解析と、葯タペート組織のトランスクリプトーム解析により「和合シグナル」の実体が解明されると考えている。２）については、「和合シグナル」により乳頭細胞からカルシウムイオンがエクスポートされることをバイオアッセイ系により見いだし、トランスクリプトーム解析により、それに関わるカルシウム輸送体としてAutoinhibited Ca2+-ATPase 13(ACA13)を同定した。この分子の遺伝子破壊株では、稔性の低下、花粉発芽遅延、カルシウム輸送活性の低下が見られ、遺伝子相補実験によりそれらの表現型は回復した。ライブセルイメージングと免疫電顕では、花粉発芽時に花粉管近傍の乳頭細胞膜にACA13が集積することが観察された。和合受粉時にはベシクル輸送に関わる遺伝子群も発現上昇したことから、今後これらの分子の和合シグナル情報伝達系への関与を調べていくことが必要であると考えている。

Research Products

• [Journal Article] Ca2+-Activated Reactive Oxygen Species Production by Arabidopsis RbohH and RbohJ Is Essential for Proper Pollen Tube Tip Growth (2014)
  • Author(s): Kaya H, Nakajima R, Iwano M, Kanaoka MM, Kimura S, Takeda S, Kawarazaki T, Senzaki E, Hamamura Y, Higashiyama T, Takayama S, Abe M, Kuchitsu K.
  • Journal Title: Plant Cell Volume: 26 Pages: 1069-1080
  • DOI: 10.1105/tpc.113.120642
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Pollen Coat-Inducible Autoinhibited Ca2+-ATPase Expressed in Stigmatic Papilla Cells Is Required for Compatible Pollination in the Brassicaceae (2014)
  • Author(s): Iwano M, Igarashi M, Tarutani Y, Kaothien-Nakayama P, Nakayama H, Moriyama H, Yakabe R, Entani T, Shimosato-Asano H, Ueki M, Tamiya G, Takayama S.
  • Journal Title: Plant Cell Volume: 26 Pages: 636-649
  • DOI: 10.1105/tpc.113.121350.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Physiological and genetic analysis of CO2-induced breakdown of self-incompatibility in Brassica rapa (2014)
  • Author(s): Lao X, Suwabe K, Niikura S, Kakita M, Iwano M, Takayama S.
  • Journal Title: J Exp Bot. Volume: 65 Pages: 939-951
  • DOI: 10.1093/jxb/ert438.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cell type-specific transcriptome of Brassicaceae stigmatic papilla cells from a combination of laser microdissection and RNA sequencing (2013)
  • Author(s): Osaka M, Matsuda T, Sakazono S, Masuko-Suzuki H, Maeda S, Sewaki M, Sone M, Takahashi H, Nakazono M, Iwano M, Takayama S, Shimizu KK, Yano K, Lim YP, Suzuki G, Suwabe K, Watanabe M.
  • Journal Title: Plant Cell Physiol. Volume: 54 Pages: 1894-1906
  • DOI: doi: 10.1093/pcp/pct133.
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 岩野恵、伊藤花菜江、五十嵐元子、浅野(下里)裕子、高山誠司 (2014)
  • Author(s): アブラナ科植物の和合・不和合受粉過程における情報伝達系の解析
  • Organizer: 植物生理学会
  • Place of Presentation: 富山大学五福キャンパス（富山県富山市）
  • Year and Date: 20140318-20140320
  • Invited
• [Presentation] Search for Genes Involved in Cross- and Self-Pollination in the Brassicaceae (2014)
  • Author(s): Igarashi M, Ohara K, Iwano M, Fujita M, Kurata N, Takayama S
  • Organizer: 植物生理学会
  • Place of Presentation: 富山大学五福キャンパス（富山県富山市）
  • Year and Date: 20140318-20140320
• [Presentation] STEM トモグラフィーを用いたシロイヌナズナの受精過程の解析 (2014)
  • Author(s): 堀井真人、岩野恵、森稔幸、高山誠司
  • Organizer: 植物生理学会
  • Place of Presentation: 富山大学五福キャンパス（富山県富山市）
  • Year and Date: 20140318-20140320
• [Presentation] 岩野 恵、伊藤 花菜江、浅野(下里)裕子、五十嵐 元子、岩尾 康宏、高山 誠司 (2013)
  • Author(s): アブラナ科植物自家不和合性の分子メカニズム
  • Organizer: 分子生物学会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 20131203-20131206
  • Invited
• [Book] Sexual Reproduction in Animals and Plants (2014)
  • Author(s): M. Iwano, K. Ito, H. Shimosato-Asano, K.S. Lai, S. Takayama.
  • Total Pages: 480
  • Publisher: Springer, Heidelberg
• [Book] 動植物の受精学 共通機構と多様性 (2014)
  • Author(s): 岩野恵、掛田克行、土屋亨
  • Total Pages: 352
  • Publisher: 化学同人