2014 Fiscal Year Annual Research Report
シロイヌナズナ初期胚発生におけるパターン形成の制御機構
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24370022
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
中島 敬二 奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 教授 (80273853)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 植物 / 発生・分化 / 胚発生 / シグナル伝達 / 発現制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物の初期発生を制御する機構は、ほぼ未解明である。我々は植物特有のRKD転写因子ファミリーの１つであるRKD4が、初期胚発生を制御する鍵因子であることを明らかにした。本研究課題では、植物初期発生の制御メカニズムを明らかにすることを目的として、RKD遺伝子ファミリーの機能解析を行った。
１．シロイヌナズナにおけるRKD遺伝子ファミリーの機能: シロイヌナズナの５つのRKD遺伝子のうち、rkd4以外の単独変異体には異常が見られないとされていた。今回RKD2の新たな変異アレルを得て解析したところ、この変異アレルが実生の生育に半優性の表現型を示すことが分かった。RKD2は卵細胞で強く発現しているが、この表現型は成熟植物にまで見られた。他の遺伝子の変異による影響も排除できないが、2回の戻し交雑後も同様の異常が見られる。現在相補実験を行っている。
２．RKD4の下流でリプログラミングに機能する遺伝子群の発現・機能解析: RKD4の過剰発現を誘導した実生のトランスクリプトーム変化をマイクロアレイを用いて解析した。誘導5日後には、全ゲノムの4分の1にあたる遺伝子の発現が大きく発現変化していた。これまでRKD4の過剰発現でヒストンH3K27のメチル化レベルが変化することが明らかとなっていたが、このヒストン修飾の変化は、RKD4の過剰発現誘導3日目以降の遅い応答であることが明らかとなった。
３．RKD機能の進化的起源: 陸生植物進化の基部にあたるゼニゴケのゲノムにはRKD相同遺伝子が１つ存在する。この遺伝子は卵や精子で強く発現しており、ノックアウトすると卵細胞の分化が阻害され、精子の成熟が同調的に起こらなくなる傾向が見られた。以上のことからRKD遺伝子機能の進化的起源が、生殖細胞の分化にあることが示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
RKDファミリーは、シロイヌナズナにおいては5つの遺伝子からなっている。このうちRKD4遺伝子の変異体は初期胚のパターン形成に異常を示すものの、他の4遺伝子の変異体は野生型植物と同様に生育するために、これまで生物学的な機能は不明であった。今回、RKD2遺伝子の新しい変異アレルの単離に成功し、これが形態異常を示したことから、今後はこの変異アレルの解析を通じてRKD遺伝子ファミリーの機能解析が進むことが期待される。さらにモデルコケ植物であるゼニゴケを用いた実験で、ゲノム上に唯一存在するRKD遺伝子のノックアウト変異体の単離に成功した。この変異体が卵細胞の分化に明確な異常を示したことから、植物の初期発生におけるRKD遺伝子ファミリーの機能に関する理解が大いに深まった。
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| Strategy for Future Research Activity |
ゼニゴケのRKD遺伝子が卵細胞の分化に必須であることが明らかとなったが、これが真に植物に保存された機能であるかを検証する必要がある。シロイヌナズナのRKD1とRKD2は卵細胞で強く発現していることが確認されているが、機能解析は行われていなかった。今回、シロイヌナズナRKD2の新しい変異アレルが単離され、それらの実生の形態に異常が見られた。今後はこの異常が、卵など生殖細胞の異常に由来するものであるのかを検証する必要がある。まず、このrkd2アレルに卵細胞や雌性配偶体のマーカー遺伝子を導入し、その発現を調べる。さらにrkd1との二重変異体を作製して解析する。
一方、ゼニゴケについても野生型とRKDのノックアウト株を用いて、比較トランスクリプトーム解析を行い、卵細胞の分化や機能発現に必要な遺伝子を見つけ出す。さらにプロモータースワップ実験により、シロイヌナズナとゼニゴケのRKD遺伝子が交換可能であるかを検証する。
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| Causes of Carryover |
消耗品の使用が予定よりも少なかった。ポスドクの雇用経費が当初の見込みよりも少なく済んだ。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
今年度の繰越金は、おもに次年度の研究補助員の雇用に充当する。
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