花粉識別～花粉管伸長・誘導に至る一連の植物受粉システムの分子メカニズム解明

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25292005
• Research Institution: Mie University
• Principal Investigator: 諏訪部 圭太 三重大学, 生物資源学研究科, 准教授 (50451612)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 渡辺 正夫 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (90240522)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 植物生殖 / 花粉 / 柱頭 / 自家不和合性 / シロイヌナズナ / 突然変異体 / ライブイメージング / バイオインフォマティックス

Outline of Annual Research Achievements

植物生殖における雌雄配偶子の最初の出会いである受粉は、花粉識別に始まり、養水分の花粉への供給、花粉発芽および花粉管伸長により構成され、これらは機能の異なる様々なシステムにより制御されている。本研究は、受粉各ステップを制御する因子（遺伝子）を特定し、受粉の分子メカニズムを解明することを目的とする。今年度は、前年度に絞り込んだ各ステップに関与する候補遺伝子について、以下の解析をそれぞれ進めた。
まず花粉識別・花粉発芽・花粉管誘導の制御が推定されるリガンド因子については、野生型およびT-DNA挿入系統を用いたin vitro花粉培養系により、花粉発芽および花粉管伸長に関与する因子であることを明らかにするとともに、whole mount in situハイブリダイゼーション法により、その発現部位が花粉及び胚珠であることを特定した。
次に水分供給の制御が推定される2つの因子については、各T-DNA挿入ホモ系統を用いた交配により二重変異体を作出し、育成した後にライブイメージング系により表現型観察を行った。その結果、各T-DNAヘテロ型の二重変異体では表現型への影響が明確に区別できなかったため、各T-DNAホモ型二重変異体を作製した。
花粉認識への関与が推定されるレセプター系統の育成を開始し、T-DNAのホモ化と表現型観察を行い、数系統において受粉に影響があることを明らかにした。
上記受粉各ステップに関与する候補因子のバイオインフォマティックス解析をより効率化するために、受粉前・自家受粉後・他家受粉後の乳頭細胞を特異的に単離し、NGS解析により各雌しべで発現する遺伝子情報を網羅的に単離した。それら情報を相互比較することで、受粉前後で発現の変動する遺伝子情報を獲得した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

前年度に絞り込んだ受粉各ステップへの関与が推定される遺伝子について、T-DNAノックアウト系統を用いた各種解析を行い、花粉発芽・花粉管誘導に関与するリガンド因子を特定した。また、whole mount in situハイブリダイゼーション法によりその発現部位も特定した。
養水分吸収と花粉識別に関与が推定される因子についても解析を進め、当初予定していた解析はほぼ完了した。
バイオインフォマティックス解析をさらに効率化するために、受粉前後の遺伝子発現動向を解明するトランスクリプトーム解析を行い、雌しべ細胞における遺伝子発現情報を蓄積した。これは当初の予定にはない解析であるが、本研究をより加速化するための情報基盤である。

Strategy for Future Research Activity

今までの研究で絞り込んだ受粉各ステップへの関与が推定される遺伝子について、種々の実験によりその機能解明を行う。特に、昨年度から開始した「花粉と雌しべ間の認識・情報伝達」に関連するレセプターT-DNA系統の解析を重点的に進め、受粉時の認識システムの理解を深化させる。
それぞれの遺伝子の機能を総括し、受粉各ステップの分子システムの包括的解明を試みるとともに、それら成果を論文として公表することで一般社会への還元を行う。

Causes of Carryover

研究代表者の繰り越しは、論文出版経費として3月に支出を見込んでいたものが、実際の出版が2015年4月になったためその分の経費を繰り越した。また研究分担者の繰り越しは、当初予定していたwhole mount in situハイブリダイゼーション法が効率的に達成できたため、試薬費として見込んでいた経費が大幅に軽減できたため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

研究代表者については、4月に出版になる予定の論文出版経費を繰り越し分で支出し、翌年度分の研究費は研究計画に沿って使用する。研究分担者については、繰り越し分と翌年度分の研究費を合わせて、whole mount in situハイブリダイゼーション法に加えて種々の解析法によって当該遺伝子の発現部位の詳細調査を行う。

Research Products

• [Journal Article] Transcriptional characteristics and differences in Arabidopsis stigmatic papilla cells pre- and post-pollination. (2015)
  • Author(s): Matsuda, T., Matsushima, M., Nabemoto, M., Osaka, M., Sakazono, S., Masuko-Suzuki, H., Takahashi, H., Nakazono, M., Iwano, M., Takayama, S., Shimizu, K. K., Okumura, K., Suzuki, G., Watanabe, M., and Suwabe, K.
  • Journal Title: Plant Cell Physiol. Volume: 56 Pages: 663-673
  • DOI: 10.1093/pcp/pcu209
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Plant Omics Data Center: an integrated web repository for interspecies gene expression networks with NLP-based curation. (2015)
  • Author(s): H. Ohyanagi, T. Takano, S. Terashima, M. Kobayashi, M. Kanno, K. Morimoto, H. Kanegae, Y. Sasaki, M. Saito, S. Asano, S. Ozaki, T. Kudo, K. Yokoyama, K. Aya, K. Suwabe, G. Suzuki, K. Aoki, Y. Kubo, M. Watanabe, M. Matsuoka and K. Yano
  • Journal Title: Plant Cell Physiol. Volume: 56 Pages: e9
  • DOI: 10.1093/pcp/pcu188
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] アブラナ科野菜における分子育種の基盤構築とその応用 (2015)
  • Author(s): 諏訪部圭太
  • Journal Title: JATAFFジャーナル Volume: 3 Pages: 印刷中
• [Presentation] LM-RNA-seq による受粉時のシロイヌナズナ雌性生殖組織の機能解析 (2015)
  • Author(s): 松田智貴, 松嶋舞, 辺本萌, 大坂正明, 坂園聡美, 増子(鈴木)潤実, 曽根美佳子, 高橋宏和, 中園幹生, 岩野恵, 高山誠司, 清水健太郎, 奥村克純, 矢野健太郎, 鈴木剛, 渡辺正夫, 諏訪部圭太
  • Organizer: 日本育種学会第127回講演会
  • Place of Presentation: 玉川大学
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-22
• [Presentation] 遺伝子発現ネットワーク情報と高精度アノテーション情報を搭載したWeb データベースPODCの開発 (2015)
  • Author(s): 髙野知之, 寺島伸, 工藤徹, 菅野真麻, 森本恭子, 鐘ヶ江弘美, 佐々木陽平, 小林正明, 尾崎崇一, 齋藤美沙, 浅野さとみ, 横山幸治, 安益公一朗, 諏訪部圭太, 鈴木剛, 渡辺正夫, 松岡信, 大柳一, 矢野健太郎
  • Organizer: 日本育種学会第127回講演会
  • Place of Presentation: 玉川大学
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-22
• [Presentation] 植物オミクス統合データベースPlant Omics DataCenter の横断的遺伝子発現ネットワーク情報を用いたデータマイニング例 (2015)
  • Author(s): 工藤徹, 高野知之, 寺島伸, 菅野真麻, 森本恭子, 鐘ヶ江弘美, 尾崎崇一, 佐々木陽平, 齋藤美沙, 浅野さとみ, 横山幸治, 安益公一郎, 諏訪部圭太, 鈴木剛, 渡辺正夫, 松岡信, 小林正明, 大柳一, 矢野健太郎
  • Organizer: 日本育種学会第127回講演会
  • Place of Presentation: 玉川大学
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-22
• [Presentation] Comparative analysis of self-incompatibility factors in genus Arabidopsis. (2015)
  • Author(s): M. Matsushima, T. Matsuda, K. Nagasaka, C. Hoshiai, S. Narita, M. Nabemoto, S. Sakazono, H. Masuko-Suzuki, K. Yano, K.K. Shimizu, S. Takayama, K. Okumura, G. Suzuki, M. Watanabe and K. Suwabe
  • Organizer: 第56回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 東京農業大学
  • Year and Date: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [Presentation] Plant Omics Data Center (PODC): The integrated web repository for interspecies gene expression networks. (2015)
  • Author(s): T. Takano, S. Terashima, H. Ohyanagi, M. Kanno, K. Morimoto, H. Kanegae, Y. Sasaki, M. Kobayashi, T. Kudo, S. Asano, M. Saito, K. Yokoyama, K. Aya, K. Suwabe, G. Suzuki, M. Watanabe, M. Matsuoka and K. Yano
  • Organizer: 第56回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 東京農業大学
  • Year and Date: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [Presentation] Practical uses of PODC (Plant Omics Data Center): For discovering new gene association in expression data and NLP-based knowledge data. (2015)
  • Author(s): S. Asano, T. Takano, S. Terashima, M. Kobayashi, M. Kanno, K. Morimoto, H. Kanegae, S. Ozaki, Y. Sasaki, M. Saito, T. Kudo, K. Yokoyama, K. Aya, K. Suwabe, G. Suzuki, M. Watanabe, M. Matsuoka, H. Ohyanagi and K. Yano
  • Organizer: 第56回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 東京農業大学
  • Year and Date: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [Presentation] Data mining in Plant Omics Data Center: A case of molecular chaperone and protein disulfide isomerase genes. (2015)
  • Author(s): T. Kudo, T. Takano, S. Terashima, M. Kobayashi, M. Kanno, K. Morimoto, H. Kanegae, S. Ozaki, Y. Sasaki, M. Saito, S. Asano, K. Yokoyama, K. Aya, K. Suwabe, G. Suzuki, M. Watanabe, M. Matsuoka, H. Ohyanagi and K. Yano
  • Organizer: 第56回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 東京農業大学
  • Year and Date: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [Presentation] Comparative transcriptome analysis between pre- and post-pollination in Arabidposis thaliana. (2015)
  • Author(s): T. Matsuda, M. Matsushima, M. Nabemoto, M. Osaka, S. Sakazono, H. Masuko-Suzuki, M. Sone, H. Takahashi, M. Nakazono, M. Iwano, S. Takayama, K.K. Shimizu, K. Yano, G. Suzuki, M. Watanabe and K. Suwabe
  • Organizer: Plant & Animal Genome XXIII
  • Place of Presentation: San Diego, USA
  • Year and Date: 2015-01-10 – 2015-01-14
• [Presentation] Establishment of dynamic imaging of pollination in Arabidopsis thaliana. (2015)
  • Author(s): M. Matsushima, M. Ando, T. Matsuda, M. Nabemoto, M. Sone, K. Hiroi, S. Sakazono, H. Masuko-Suzuki, K. Yano, G. Suzuki, M. Watanabe and K. Suwabe
  • Organizer: Plant & Animal Genome XXIII
  • Place of Presentation: San Diego, USA
  • Year and Date: 2015-01-10 – 2015-01-14
• [Presentation] Data mining in Plant Omics Data Center suggests conserved gene expression networks of molecular chaperone and protein disulfide isomerase genes in different organs. (2015)
  • Author(s): T. Kudo, T. Takano, S. Terashima, M. Kobayashi, M. Kanno, K. Morimoto, H. Kanegae, S. Ozaki, Y. Sasaki, M. Saito, S. Asano, K. Yokoyama, K. Aya, K. Suwabe, G. Suzuki, M. Watanabe, M. Matsuoka, H. Ohyanagi and K. Yano
  • Organizer: Plant & Animal Genome XXIII
  • Place of Presentation: San Diego, USA
  • Year and Date: 2015-01-10 – 2015-01-14
• [Presentation] CA Plot Viewer and Plant Omics Data Center: A GUI-based Tool for Gene Expression Network Construction and an Integrated Web Repository for Interspecies Gene Expression Networks with NLP-based Curation. (2014)
  • Author(s): H. Ohyanagi, T. Takano, S. Terashima, M. Kobayashi, M. Kanno, K. Morimoto, H. Kanegae, S. Ozaki, T. Kudo, H. Matsumura, Y. Sasaki, M. Saito, S. Asano, K. Yokoyama, K. Aya, K. Suwabe, G. Suzuki, K.Aoki, Y. Kubo, M. Watanabe, M. Matsuoka and K. Yano
  • Organizer: 12th International Symposium on Rice Functional Genomics
  • Place of Presentation: Tucson, USA
  • Year and Date: 2014-11-16 – 2014-11-19
• [Presentation] 遺伝子発現ネットワークの種間比較を実現する植物オミクス統合データベースPODCを用いたデータマイニング例 (2014)
  • Author(s): 工藤徹，髙野知之，寺島伸，小林正明，森本恭子，菅野真麻，鐘ヶ江弘美，尾崎崇一，松村駿斗，佐々木 陽平，齋藤美沙，浅野さとみ，横山幸治，安益公一朗，諏訪部圭太，鈴木剛，青木考，久保康隆，渡辺正夫，松岡信，大柳一，矢野健太郎
  • Organizer: 11th JSOL International Symposium on Solanaceae Genomics
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2014-10-25 – 2014-10-26
• [Presentation] PODC活用例；トマトの遺伝子発現情報に基づくゲノム遺伝子相関の解明に向けて (2014)
  • Author(s): 浅野さとみ，髙野知之，寺島伸，小林正明，森本恭子，菅野真麻，鐘ヶ江弘美，尾崎崇一，工藤徹，佐々木 陽平，齋藤美沙，横山幸治，安益公一朗，諏訪部圭太，鈴木剛，青木考，久保康隆，渡辺正夫，松岡信，大柳一，矢野健太郎
  • Organizer: 11th JSOL International Symposium on Solanaceae Genomics
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2014-10-25 – 2014-10-26
• [Presentation] 遺伝子発現ネットワークの種間比較と高信頼度アノテーションの統合データベースPODC (2014)
  • Author(s): 高野知之, 小林正明, 大柳一, 佐々木陽平, 寺島伸, 松村駿斗, 森本恭子, 菅野真麻, 横山幸治, 千葉洋, 多田欣史, 清水顕史, 安益公一郎, 松岡信, 渡辺正夫, 諏訪部圭太, 矢野健太郎
  • Organizer: 日本育種学会第126回講演会
  • Place of Presentation: 南九州大学
  • Year and Date: 2014-09-26 – 2014-09-27
• [Presentation] 遺伝子発現ネットワークの種間比較と高信頼度アノテーションの統合データベース構築 (2014)
  • Author(s): 髙野知之, 寺島伸, 小林正明, 佐々木陽平, 松村駿人, 森本恭子, 菅野真麻, 千葉洋, 多田欣史, 清水顕史, 安益公一朗, 松岡信, 渡辺正夫, 諏訪部圭太,矢野健太郎
  • Organizer: 第32回日本植物細胞分子生物学会
  • Place of Presentation: 岩手県盛岡市
  • Year and Date: 2014-08-21 – 2014-08-22
• [Presentation] Cell type-specific RNA sequencing of papilla cell, a surface cell of pistil, by a combination of laser microdissection and next generation sequencing technologies. (2014)
  • Author(s): K. Suwabe
  • Organizer: The 2nd Plant Genomics Congress
  • Place of Presentation: London, UK
  • Year and Date: 2014-05-12 – 2014-05-13
  • Invited