花成ホルモン・フロリゲンを起点とする花形成の「鍵と鍵穴」相互作用の解明
| Project Area | Determining the principles of the birth of new plant species: molecular elucidation of the lock-and-key systems in sexual reproduction |
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| Project/Area Number | 16H06466 |
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Biological Sciences
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| Research Institution | Yokohama City University |
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Principal Investigator |
辻 寛之 横浜市立大学, 木原生物学研究所, 准教授 (40437512)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂 智広 横浜市立大学, 木原生物学研究所, 教授 (80343771)
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| Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| Project Status |
Granted(Fiscal Year 2018)
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| Budget Amount *help |
¥95,940,000 (Direct Cost : ¥73,800,000、Indirect Cost : ¥22,140,000)
Fiscal Year 2018 : ¥19,110,000 (Direct Cost : ¥14,700,000、Indirect Cost : ¥4,410,000)
Fiscal Year 2017 : ¥19,890,000 (Direct Cost : ¥15,300,000、Indirect Cost : ¥4,590,000)
Fiscal Year 2016 : ¥21,060,000 (Direct Cost : ¥16,200,000、Indirect Cost : ¥4,860,000)
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| Keywords | フロリゲン / 生殖 / メリステム / イネ / エピゲノミクス / イメージング / フロリゲン活性化複合体 / 鍵と鍵穴 / 新種誕生 / 植物 / 発生・分化 / 育種学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
フロリゲン(正体はFTタンパク質)は植物の花芽分化を開始させる因子である。すなわち植物の生殖を開始する最初の決断を下すマスタースイッチであり、花の中で行われる生殖過程のすべてはフロリゲンから始まると言える。また、フロリゲンによる花芽形成のタイミングがずれると、適切な相手からの花粉が届かなくなるため生殖の障壁となり、同時に、従来出会わなかった別の種の花粉が受粉する機会が増えて「新種誕生」が促進される。しかし、こうした過程を制御するフロリゲンの分子機能の全体像や、特にフロリゲンが生殖過程の「鍵と鍵穴」として振る舞うプロセスの分子実態は未解明である。本研究の目的は、フロリゲンを起点として生殖過程が開始される過程における「鍵と鍵穴」の分子機構を解明することである。
この目的のために、本研究では、フロリゲンによる花芽分化の「鍵と鍵穴」のイメージング、フロリゲンによるエピゲノム・リプログラミングの実態解明、及び新種誕生を再現した人工合成異質倍数体におけるフロリゲン機能の解析を実施する。本年度は、フロリゲンによる花芽分化の「鍵と鍵穴」のイメージングでは、フロリゲンと標的遺伝子の二重形質転換イネの整備と、フロリゲンの下流で花芽分化を遂行する因子のレポーター系統を作成した。フロリゲンによるエピゲノム・リプログラミングでは、茎頂メリステムのエピゲノム解析を実施し、情報解析を実施した。また、少数（3-5個）のメリステムでエピゲノム解析を実施する実験系を開発した。人工合成異質倍数体におけるフロリゲン機能の解析では、異質倍数体植物のコムギからほぼ全てのFTホメオログを同定し、合成倍数体とその両親においてFTの発現が変化することを明らかにした。
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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
フロリゲンによる花芽分化の「鍵と鍵穴」のイメージングでは、フロリゲンと標的遺伝子の二重形質転換イネの整備と、フロリゲンの下流で花芽分化を遂行する因子のレポーター系統を作成した。フロリゲンHd3aとGFPの融合遺伝子を自身のプロモータで発現するコンストラクトと、ジーンターゲティングにより作成したフロリゲン標的遺伝子のレポーター系統の二重形質転換イネ、植物ホルモンのレポーター系統、細胞骨格、原形質連絡等を可視化する系統を作成した。またこれらのイメージングのために共焦点レーザー走査顕微鏡を導入した。メリステムの観察には自家蛍光と蛍光タンパク質由来の蛍光を分離する必要があるが、これを高精度、高速で可能な顕微鏡を導入して観察できる条件を構築した。
フロリゲンによるエピゲノム・リプログラミングでは、茎頂メリステムのエピゲノム解析を実施し、情報解析を実施した。また、少数（3-5個）のメリステムでエピゲノム解析を実施する実験系を開発した。情報解析では、新規に導入したエピゲノム解析サーバによって高度な解析を実施可能なシステムを構築した。これにより、局所的なDNAメチル化の変化（DMR）を同定し、トランスポゾントの位置関係を網羅的に同定することができた。
人工合成異質倍数体におけるフロリゲン機能の解析では、異質倍数体植物のコムギからほぼ全てのFTホメオログを同定し、合成倍数体とその両親においてFTの発現が変化することを明らかにした。Pyromarkシステムを活用することでcDNAプール中のFTの各ホメオログの比率を計測する手法を開発し、これによって倍数体の合成前後におけるFTホメオログ間の発現比率の変化を明らかにすることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
フロリゲンによる花芽分化の「鍵と鍵穴」のイメージングでは、開発した形質転換イネのメリステムを花芽分化の全過程を通して観察し、フロリゲンが鍵として分布を変えながら鍵穴となる標的因子が花芽分化を進める様子をイメージングする。
フロリゲンによるエピゲノム・リプログラミングでは、茎頂メリステムの詳細なエピゲノム解析を実施する。また導入したサーバと開発したプログラムを活用して、低分子RNAの蓄積、mRNAの蓄積、プロテオーム解析の結果を統合した解析を実施することにより、フロリゲンを「鍵」、エピゲノムのレスポンスを「鍵穴」とする花芽分化メカニズムを明らかにする。
人工合成異質倍数体におけるフロリゲン機能の解析では、異質倍数体植物のコムギにおけるFTホメオログの発現比率を再確認し、合成前後の発現比率変化と出穂早晩性との関連や、発現比率の変化を引き起こすエピジェネティックな要因の解析を試みる。。
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Report
(1results)
Research Products
(11results)
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[Presentation] フロリゲンの分子機能2016
Author(s)
辻 寛之
Organizer
名古屋大学・生命農学研究科 IGERセミナー
Place of Presentation
名古屋大学 愛知県名古屋市
Year and Date
2016-07-14
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Invited
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