2021 Fiscal Year Annual Research Report

雄因子と共に配偶子膜融合を担う雌因子の同定と解析：重複受精分子メカニズムの解明

Research Project

Project/Area Number	21H02517
Allocation Type	Single-year Grants
Research Institution	Chiba University
Principal Investigator	井川智子千葉大学, 大学院園芸学研究院, 准教授 (00360488)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2026-03-31
Keywords	重複受精 / 受精因子 / 配偶子膜融合
Outline of Annual Research Achievements	被子植物の有性生殖では、2つ形成された雄の精細胞が1つずつ、雌の卵細胞・中央細胞とそれぞれ融合する「重複受精」を行う。この重複受精は、雌雄配偶子上に存在する膜タンパク質によって制御される。2006年に同定されたGCS1（Generative Cell Specific 1）は精細胞特異的な膜タンパク質で、卵細胞及び中央細胞との細胞膜融合因子として機能することが知られている。シロイヌナズナではゲノム上に１コピー存在しており、欠損するとまったく受精ができなくなるため、受精必須因子であることが分かっている。GCS1にはC末端側に膜槓子領域が１つ存在し、N末端側の細胞外領域が受精に重要である。本研究は、膜貫通領域を欠損させたGCS1バリアント（GAH）を人工的に雌の卵細胞で発現・分泌させる手法によって卵細胞由来のGCS1相互作用因子を捕捉し、プロテオーム解析を終えた段階からスタートした。当該年度では、膜局在の性質の可能性や、雌ずい組織での発現報告があるものを候補として、同定タンパク質から解析対象を複数種選定した。これらについてゲノム編集による遺伝子破壊株の作製、発現細胞を蛍光タンパク質で評価するための組換え体作出を行った。その結果、雌性配偶子膜での局在を示す因子や、ゲノム編集後に種子結実率の低下を示す因子が見出された。また、解析対象に選んだ候補タンパク質との相互作用解析を行うため、クローニングとin vitroタンパク質翻訳を行った。GCS1との相互作用解析を行った結果、GCS1との結合を示唆するタンパク質種が含まれていた。当該年度で得られた結果について、今後再現性を評価するとともに、新規候補を追加して同様の解析を進めていく。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本研究は受精制御に関わる新規因子の同定を目標としている。当該年度では候補タンパク質が受精に影響するか否か、及びGCS1との相互作用の確認を目的に進めてきた。これまでに雌性配偶子での局在を示す因子や、変異が入ると種子発達の異常を引き起こす因子、GCS1との相互作用を示唆する因子が確認されているなど今後の研究展開に繋がる結果が得られており、おおむね順調に進展していると言える。
Strategy for Future Research Activity	当該年度では複数種の候補因子について、雌性配偶子での局在を示す因子や、変異が入ると種子発達の異常を引き起こす因子、GCS1との相互作用を示唆する因子が確認されているなど今後の研究展開に繋がる結果が得られている。今後はこれらの再現性を確認するとともに、受精への影響を細胞学的に評価する。また、プロテオーム解析結果の中からさらに解析候補を追加して、同様の評価を計画している。