2013 Fiscal Year Annual Research Report
アブラナ科およびナス科植物の自家不和合性の分子機構解明
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25252021
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Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
高山 誠司 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 (70273836)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 植物 / シグナル伝達 / 細胞間認識 / 生殖 / 自家不和合性 / アブラナ科 / ナス科 |
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| Research Abstract |
アブラナ科およびナス科植物の自家不和合性における自己花粉排除の仕組みについて解析を進め以下の研究成果を得た。
１．アブラナ科植物の自家不和合性
花粉表層物質の作用により和合受粉時特異的にCa2+イオンが乳頭細胞から花粉に供給されることを見出した。さらに、この供給にACA13というCa2+輸送体が関与していることを見出し報告した。不和合受粉時にはこのCa2+の花粉への供給が認められないことから、Ca2+の動態調節が自家不和合性反応の鍵を握っている可能性が示唆された。自家不和合性の情報伝達系において機能する因子を遺伝学的に同定するために、自家不和合性を付与したシロイヌナズナを変異原処理し、自家和合性に復帰した突然変異株の探索を進め、複数の候補株を取得した。さらに、自家不和合性がCO2ガス処理により打破される仕組みを明らかにするために、CO2に対する感受性の異なる2種類の近交系に着目し、感受性を規定する遺伝子座を遺伝学的に解析した。その結果、不完全優性を示す少なくとも2座位の対立遺伝子が相加的にCO2高感受性を規定していることを明らかにし報告した。
２．ナス科植物の自家不和合性
花粉因子SLFsが花粉内で形成していると予測されてきたSCF複合体を、花粉内に発現させたタグ標識SLFとの共免疫沈降法により精製し、花粉特異的なSkp1およびCullinが機能していることを見出した。さらに、精製したSCF複合体が、in vitroにおいて一部の非自己の雌ずい因子S-RNaseを特異的にポリユビキチン化すること、ポリユビキチン化を受けたS-RNaseは花粉抽出液中で速やかに分解されること、この分解はプロテアソーム阻害剤存在下で抑制されること、を見出し報告した。
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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
１．アブラナ科植物の自家不和合性
和合・不和合受粉時において、乳頭細胞におけるCa2+の挙動が明確に異なることを見出し、さらにその挙動を調節する分子候補としてACA13を同定し報告することができた。また、作出した自家不和合性シロイヌナズナの系を用い、自家不和合性の情報伝達因子を遺伝学的に探索する実験も開始し、順調に進行している。また、CO2処理による自家不和合性打破の仕組みについて解析を進め、CO2高感受性が少なくとも2座位の不完全優性遺伝子により相加的に制御されていることを明らかにし報告することができた。
２．ナス科植物の自家不和合性
花粉因子SLFsが形成していると予測されてきたSCF複合体を花粉から精製し、その構成因子を同定することが出来た。さらに、このSCF複合体が特定の非自己S-RNaseをポリユビキチン化し、ポリユビキチン化されたS-RNaseが花粉抽出液中で分解されることを証明し報告した。本成果により、ナス科の非自己認識自家不和合反応の重要な部分をin vitroの系において明らかにすることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
１．アブラナ科植物の自家不和合性
自家受粉時の乳頭細胞内におけるCa2+の挙動の解明、和合受粉時との挙動の違いを生み出す自家不和合性情報伝達系の解明、が今後の中心課題となる。自家不和合性シロイヌナズナを用いてCa2+の挙動を解析するためのモニタリング系を開発すると共に、順遺伝学および逆遺伝学の両方向から関与する因子の特定を進める方針である。自家不和合性打破を誘引するCO2感受性を規定する因子の解明も継続して進め、自家不和合性機構の解明に繋げる方針である。
２．ナス科植物の自家不和合性
SLFとの共沈法により花粉より精製したSCF複合体には、花粉で特異的に発現するSkp1およびCullin-1の分子種が含まれていた。花粉では他のSkp1,Cullin-1分子種も発現しているため、同定された分子が特異的に機能しているかどうかを、形質転換実験等により検証する必要がある。また、今回in vitroの系において非自己S-RNaseの特異的ユビキチン化や分解を証明したが、これらの反応は花柱を伸長中の花粉管内においてはいまだ明確に示されておらず、ユビキチン化されたS-RNaseが花粉管内の特定の領域に輸送されるとする隔離説も提唱されていることから、in vivoレベルでの実験的検証が今後の重要課題である。
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[Journal Article] Ca2+-activated reactive oxygen species production by Arabidopsis RbohH and RbohJ is essential for proper pollen tube tip growth2014
Author(s)
Hidetaka Kaya, Ryo Nakajima, Megumi Iwano, Masahiro M. Kanaoka, Sachie Kimura, Seiji Takeda, Tomoko Kawarazaki, Eriko Senzaki, Yuki Hamamura, Tetsuya Higashiyama, Seiji Takayama, Mitsutomo Abe, Kazuyuki Kuchitsu
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Journal Title
Plant Cell
Volume: 26
Pages: 1069-1080
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] A pollen coat-inducible autoinhibited Ca2+-ATPase expressed in stigmatic papilla cells Is required for compatible pollination in the Brassicaceae2014
Author(s)
Meguni Iwano, Motoko Igarashi, Yoshiaki Tarutani, Pulla Kaothien-Nakayama, Hideki Nakayama, Hideki Moriyama, Ryo Yakabe, Tetsuyuki Entani, Hiroko Shimosato-Asano, Masao Ueki, Gen Tamiya, Seiji Takayama
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Journal Title
Plant Cell
Volume: 26
Pages: 636-649
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Cell type-specific transcriptome of Brassicaceae stigmatic papilla cells from a combination of laser microdissection and RNA sequencing2013
Author(s)
Masaaki Osaka, Tomoki Matsuda, Satomi Sakazono, Hiromi Masuko-Suzuki, Shunsuke Maeda, Misato Sewaki, Mikako Sone, Hirokazu Takahashi, Mikio Nakazono, Megumi Iwano, Seiji Takayama, Kentaro K. Shimizu, Kentaro Yano, Yong Pyo Lim, Go Suzuki, Keita Suwabe, Masao Watanabe
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Journal Title
Plant Cell Physiolosy
Volume: 54
Pages: 1894-1906
DOI
Peer Reviewed
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