新規アポスポリー制御遺伝子を用いた陸上植物の異形世代交代を司る制御機構の解明

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24770077
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 榊原 恵子 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (90590000)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 陸上植物 / 世代交代 / アポスポリー / 転写因子 / 次世代シーケンサー

Outline of Annual Research Achievements

陸上植物の世代間の発生プログラムの転換に関わる分子機構を明らかにすることを目的とし、2n世代で1n世代の発生プログラムを抑制する転写因子KNOX2の機能欠損株と野生株とで比較トランスクリプトーム解析を行なった。その過程で、ヒメツリガネゴケ初期胚 (若い2n世代組織)１個分を用いたRNAシークエンスに成功した。比較トランスクリプトーム解析の結果、KNOX2遺伝子機能欠損株では①特定の転写因子、脂肪酸合成酵素、糖輸送体、ペプチド輸送体の発現が変動し、②二次代謝産物合成酵素、細胞壁合成酵素が上昇し、③光合成関連遺伝子、細胞壁分解酵素の発現が低下していることがわかった。KNOX2遺伝子が制御する遺伝子ネットワークおよびグローバルな代謝産物量（メタボローム）の変化が世代交代制御の実働因子であると考えられた。特に転写因子に着目し、その遺伝子機能欠損株、遺伝子過剰発現株を作出し、機能解析を進めることとした。
また、転写因子KNOX2自身は核移行シグナルを持たず、別の転写因子であるBELLと複合体を形成することにより核移行し、転写因子として機能する。ヒメツリガネゴケゲノムに存在する4個のBELL遺伝子のうち、3個が胞子体で発現し、KNOX2と複合体を形成し、世代交代制御因子として機能する可能性があることを見いだした。３個のBELL遺伝子に関して詳細な発現解析のためのノックイン株と機能解析のための遺伝子機能欠損株を作出した。これらの解析により、KNOX2とともに世代交代制御に働く因子の全体像が明らかとなる。

Remarks

受賞、アウトリーチ活動など。
榊原恵子、日本進化学会奨励賞受賞(日本進化学会)、2014年8月
その他、日本植物学会でシンポジウムを開催、2014年9月

Research Products

• [Journal Article] Antagonistic Roles for KNOX1 and KNOX2 Genes in Patterning the Land Plant Body Plan Following an Ancient Gene Duplication (2015)
  • Author(s): Furumizu, C., Alvarez, J. P., Sakakibara, K., Bowman J. L.
  • Journal Title: PLOS Genetics Volume: 11 Pages: ee1004980
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1004980
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] WOX13-like genes are required for the initiation of apical stem cells from differentiated leaf cells in the moss Physcomitrella patens (2014)
  • Author(s): Sakakibara, K., Reisewitz, P., Aoyama, T., Friedrich, T., Ando, S., Sato, Y., Nishiyama, T., Tamada, Y., Hiwatashi, Y., Kurata, T., Ishikawa, M., Deguchi, H., Rensing, S. A., Werr, W., Murata, T., Hasebe, M., Laux, T.
  • Journal Title: Development Volume: 141 Pages: 1660-1670
  • DOI: 10.1242/dev.113167
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 陸上植物の複相の巨大化と複雑化に貢献したホメオボックス遺伝子の重複と機能分化 (2014)
  • Author(s): 榊原恵子
  • Journal Title: 細胞工学 Volume: 33 Pages: 872-877
• [Presentation] Evolution of the alternation of generation in Land Plants (2015)
  • Author(s): Sakakibara, K.
  • Organizer: Botany 2015
  • Place of Presentation: The Shaw Conference Centre (Edmonton, Alberta, Canada)
  • Year and Date: 2015-07-25 – 2015-07-29
  • Invited
• [Presentation] Identification of downstream genes of KNOX2 transcription factor that regulates alternations of generations in land plants (2015)
  • Author(s): 榊原恵子、西山智明、塚谷裕一
  • Organizer: 日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 東京農業大学 (東京都世田谷区)
  • Year and Date: 2015-03-16 – 2016-03-18
• [Presentation] KNOX遺伝子族の進化による陸上植物複相の複雑化 (2014)
  • Author(s): 榊原恵子、古水千尋、Bowman, J. L.
  • Organizer: 日本植物学会
  • Place of Presentation: 明治大学 (神奈川県川崎市)
  • Year and Date: 2014-09-12 – 2014-09-14
• [Presentation] コケ植物の再生能力とその制御因子 (2014)
  • Author(s): 榊原恵子
  • Organizer: 日本蘚苔類学会
  • Place of Presentation: 奥入瀬渓流ホテル (青森県十和田市)
  • Year and Date: 2014-08-26 – 2014-08-28
• [Presentation] KNOX遺伝子は陸上植物の世代交代を制御する (2014)
  • Author(s): 榊原恵子
  • Organizer: 進化学会
  • Place of Presentation: 高槻現代劇場 (大阪府高槻市)
  • Year and Date: 2014-08-20 – 2014-08-23
• [Presentation] WOX13-like genes are required for reprogramming of leaf and protoplast cells into stem cells in the moss Physcomitrella patens (2014)
  • Author(s): Sakakibara, K., Reisewitz, P., Aoyama, T., Friedrich, T., Ando, S., Sato, Y., Nishiyama, T., Tamada, Y., Hiwatashi, Y., Kurata, T., Ishikawa, M., Deguchi, H., Rensing, S. A., Werr, W., Murata, T., Hasebe, M., Laux, T.
  • Organizer: 日本発生生物学会第47回年会
  • Place of Presentation: Winc Aichi (Nagoya, Aichi)
  • Year and Date: 2014-05-28 – 2014-05-30