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気孔開閉の分子機構をモデルとした受粉反応時の花粉吸水における膨圧調節機構の解明

Research Project

Project/Area Number 22KJ0158
Project/Area Number (Other) 21J00251 (2021-2022)
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeMulti-year Fund (2023)
Single-year Grants (2021-2022)
Section国内
Review Section Basic Section 39010:Science in plant genetics and breeding-related
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

林 真妃  東北大学, 生命科学研究科, 助教

Project Period (FY) 2023-03-08 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywords花粉吸水 / イオン輸送体 / 自家不和合性 / イオン輸送 / アブラナ科
Outline of Research at the Start

植物では種子形成のため、雌しべに花粉がつく受粉の段階で、花粉から花粉管が発芽し、伸長することで雌しべ内へ侵入する。花粉管が正しく発芽、伸長するためには花粉が雌しべの柱頭上で吸水し、適切な膨圧を維持する必要があるが、そのために花粉と雌しべ乳頭細胞といった雌雄の細胞間にはどのような相互作用が存在しているのか、その分子機構は明らかではない。本研究では、雌雄細胞間でのイオンや水のやりとりに着目し、膨圧調節研究のモデル細胞である気孔孔辺細胞で得られた知見をヒントとして、アブラナ科植物を用いた受粉時の花粉の膨圧調節メカニズムを明らかにし、最終的には自家不和合性反応における花粉吸水阻害機構の解明も目指す。

Outline of Annual Research Achievements

受粉時、花粉は雌しべ柱頭に存在する乳頭細胞から水を受け取り吸水する。花粉吸水は花粉管発芽と伸長に必須であるため、植物が受精を達成し、次世代を残すために重要である。乳頭細胞上に付着した花粉は種間不和合性や種内不和合性により、受精可能な花粉が選択されたのち吸水させる。吸水可能な花粉を乳頭細胞が認識する自他認識機構から、その下流で花粉吸水を誘導する乳頭細胞内のシグナル伝達は理解されつつあるが、未だどのように乳頭細胞内の水が花粉へと移行するのか、吸水がされない花粉ではどのように水の移行が止まるのか、といったシグナル伝達末端の理解は進んでいない。申請者は、植物細胞の膨圧制御が花粉吸水に関与すると仮説を立て、膨圧制御に重要なイオン輸送体が花粉吸水時に機能しているかを調べた。本申請研究では、乳頭細胞で機能するイオン輸送体の候補を、シロイヌナズナの発現データベースから乳頭細胞で高い発現を示す遺伝子の選抜と、自家不和合性に影響を与える化合物スクリーニングから、合計19遺伝子見出した。最終年度は、その候補遺伝子のうち1遺伝子の遺伝子破壊株の雌しべを用い、野生株花粉の受粉直後からの花粉吸水速度と、雌しべ内での花粉管の伸長を調べ、野生株雌しべと比較した。変異体雌しべでは、花粉吸水には野生株と変化は見られなかったが、雌しべ内での花粉管伸長速度の低下が観察された。これらの結果から、この輸送体は受粉過程での花粉吸水には関与しないが、雌しべ内での花粉管伸長に重要であることが示唆された。本研究により、受粉後の花粉管伸長にも雌しべ側のイオン輸送による浸透圧制御が関与している可能性が示唆された。

Report

(3 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (4 results)

All 2024 2021

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (2 results)

  • [Journal Article] A conserved, buried cysteine near the P-site is accessible to cysteine modifications and increases ROS stability in the P-type plasma membrane H+-ATPase.2021

    • Author(s)
      Welle, M., Pedersen, J. T., Ravnsborg, T., Hayashi, M., Maaβ, S., Becher, D., Jensen, O. N., Stohr C., & Palmgren, M.
    • Journal Title

      Biochemical Journal

      Volume: 478 Issue: 3 Pages: 619-632

    • DOI

      10.1042/bcj20200559

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The quest for the central players governing pollen tube growth and guidance.2021

    • Author(s)
      Hayashi, M., & Palmgren, M
    • Journal Title

      Plant physiology

      Volume: 185 Issue: 3 Pages: 682-693

    • DOI

      10.1093/plphys/kiaa092

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] アブラナ科の花粉吸水制御における雌しべ乳頭細胞の細胞膜H+-ATPaseの関与2024

    • Author(s)
      林真妃、福島和紀、増子(鈴木)潤美、木下俊則、井上晋一郎、高山誠司、高田美信、渡辺正夫
    • Organizer
      第145回日本育種学会講演会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Plasma membrane H+-ATPase in female papilla cells is involved in the control of pollen hydration in Brassicaceae2024

    • Author(s)
      林真妃、福島和紀、増子(鈴木)潤美、木下俊則、井上晋一郎、高山誠司、高田美信、渡辺正夫
    • Organizer
      第65回日本植物生理学会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report

URL: 

Published: 2021-05-27   Modified: 2024-12-25  

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