| Project Area | Genomic dynamics underlying the plastic hermaphroditism in plants: the basis of exploratory reproductive adaptations. |
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| Project/Area Number |
22H05174
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (III)
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
藤井 壮太 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (90716713)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
加藤 義宣 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 助教 (10869390)
草野 修平 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 研究員 (80759291)
櫻庭 俊 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子生命科学研究所, 主幹研究員 (90647380)
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| Project Period (FY) |
2022-06-16 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥103,350,000 (Direct Cost: ¥79,500,000、Indirect Cost: ¥23,850,000)
Fiscal Year 2024: ¥19,370,000 (Direct Cost: ¥14,900,000、Indirect Cost: ¥4,470,000)
Fiscal Year 2023: ¥20,150,000 (Direct Cost: ¥15,500,000、Indirect Cost: ¥4,650,000)
Fiscal Year 2022: ¥24,050,000 (Direct Cost: ¥18,500,000、Indirect Cost: ¥5,550,000)
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| Keywords | 植物 / 生殖 / タンパク質間相互作用 / 有機化学 / 分子動力学 / MDシミュレーション / 受精前障壁 / 自他識別 / 種間障壁 |
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| Outline of Research at the Start |
動けない植物は進化の過程で他殖と自殖を切り替えられる「両性花システム」を創出した．それと同時に、雌しべに運ばれてくる同種・異種、自己・非自己の花粉の中からふさわしいものを選択する機構が構築され、広範な地球環境へ適応進出するための繁殖戦略を生み出す基礎となった．しかしながら、その多次元の花粉選択の分子動態と、それが植物進化に与えるインパクトは未解明である．本研究では、【課題1】で、異種を排除し同種 受精を保障する生殖選択分子による細胞膜や転写制御の動態を解明する．さらに、【課題2】では自他花粉の識別機構の鍵タンパク質分子の活性、構造の理解を元に、被子植物のゲノム進化動態との連動を明らかにする．
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| Outline of Annual Research Achievements |
【課題1】異種排除コア因子による雌しべ細胞動態の制御：2023度は，転写制御因子SPRI2 の機能解析について研究を進め，成果報告した(Fujii et al Nature Plants 2023)．SPRI2の転写結合活性については伊藤班と領域内で共同研究を行い，SPRI2の核内における液―液相分離構造体の形成メカニズムを明らかにした．また，SPRI2の相互作用因子を見出しつつあり，現在その機能解析を行なっている（Ito et al in preparation）．また，SPRI2と同じく異種排除に関わる細胞膜タンパク質SPRI1についても論文を投稿した他(Kato et al biorxiv 2023, 投稿中)，タンパク質構造解析を進めている．そして，花粉因子GRPやその他の花粉因子（Tangpranomkorn et al biorxiv 2022, 論文投稿中）についても機能分化解析を進めた．GRPに関してはMDシミュレーションの系を立ち上げ，実験と同時並行により天然変性領域の機能解明を目指している．
【課題2】自他識別機構コア分子の構造活性相関とゲノム進化：2023度は白澤班との領域内共同研究により，10系統のペチュニアについて近T2Tレベルのゲノム解析を完了した．その結果，S遺伝子座がセントロメアを内包していることが明らかになりつつある．また，多数のトランスポゾンがS遺伝子座の維持に関わることが見出せつつある．今後は，S遺伝子座の進化駆動力を支えるゲノム構造を追求する．また，S-RNaseの機能解析から，基質特異性があることが明らかになってきた．今後はMDシミュレーションや本研究で見出してきた特異的阻害剤を用いてS-RNaseの動作原理を明らかにする．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
課題1のSPRI2の機能解析については当初の目標を越え、SPRI2とその下流因子に関わる論文を公表した．また、SPRI1に関しても複合体の構造が明らかになりつつあり、こちらも現在論文投稿準備中である.課題2のS-RNaseの機能解析 については、阻害活性がある化合物が複数得られつつあり、さらにS-RNaseの予想外の機能特異性を発見しつつある.
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| Strategy for Future Research Activity |
【課題1】異種排除コア因子による雌しべ細胞動態の制御
今後は、SPRI1複合体の高次構造を解明し，論文公表を目指す.また、SPRI1複合体に含まれる協調因子の候補についても機能解析を進めており、現象との関連を明らかにする.GRPに関しては、複数の分子種の機能比較の解析を進めており、天然変性領域のもつ役割について精査する.
【課題2】自他識別機構コア分子の構造活性相関とゲノム進化
T2Tレベルのゲノムが明らかになってきたため，引き続き、セントロメ アヒストンとS遺伝子座の関係性や、配列の進化について多角的な解析を行う.また、S-RNaseの塩基認識特異性についても特異的阻害化合物の機能解析を行ってきた他に，新たにS-RNaseを阻害する天然物を見出しつつある．RNA分解特異性については網羅的なアッセイ系を構築しつつあり，多様な植物から単離されたS-RNaseの活性を比較する.
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