初期受粉過程における種間障壁の分子基盤解明

• 研究領域: 植物新種誕生の原理―生殖過程の鍵と鍵穴の分子実態解明を通じて―
• 研究課題/領域番号: 16H06467
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 高山 誠司 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (70273836)
• 研究期間 (年度): 2016-06-30 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 116,870千円 (直接経費: 89,900千円、間接経費: 26,970千円); 2020年度: 22,880千円 (直接経費: 17,600千円、間接経費: 5,280千円); 2019年度: 22,880千円 (直接経費: 17,600千円、間接経費: 5,280千円); 2018年度: 23,400千円 (直接経費: 18,000千円、間接経費: 5,400千円); 2017年度: 23,400千円 (直接経費: 18,000千円、間接経費: 5,400千円); 2016年度: 24,310千円 (直接経費: 18,700千円、間接経費: 5,610千円)
• キーワード: 植物 / シグナル伝達 / 生理学 / 生殖 / 受精 / 種間不和合性

研究成果の概要

花粉の雌ずいへの接着、花粉管の発芽、伸長に至るまでの初期受粉過程に着目し、この過程で機能する種間生殖障壁の実体を明らかにすることを目指した。その結果、シロイヌナズナの雌ずいで機能するSPRI1と名付けた新規種間不和合性因子を同定することに成功した。本因子はこれまで存在が予測されてこなかった異種花粉の能動的排除に関わる分子であり、新たな種間障壁の存在が初めて明らかにされた。また、順遺伝学的探索により、花粉側のリン脂質輸送体の変異により、花粉の発芽・伸長と雌ずい側の受入反応に異常が生じることが示された。同種花粉の選択的受入機構解明の新たな手掛かりとなることが期待される。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で解明を目指した初期受粉過程における種間生殖障壁分子は、いずれも自家不和合性研究の過程で我々が独自に存在を予見してきたものである。従来植物で同定された種間不和合性関連分子は、GCS1, LURE1など受動的に種間不和合性に関わるもののみであり、今回発見したSPRI1は能動的に種間不和合性に関わるという点で全く新しいタイプの種間不和合性因子である。新たな機構の存在とその解明への手掛かりを与える重要な基礎的知見となることが期待できる。さらに、本研究により得られる知見は、新種誕生に向けた種間障壁の人為的打破法の開発に直結するものであり、農業・育種面への波及効果も期待できる。

研究成果

• [雑誌論文] Characterization of self-incompatible <i>Brassica napus</i> lines lacking <i>SP11</i> expression (2020)
  • 著者名/発表者名: Okamoto, T., Okamoto, M., Hikichi, E., Ogawa, M., Takada, Y., Suzuki, G., Takayama, S., and Watanabe, M.
  • 雑誌名: Genes & Genetic Systems 巻: 95 号: 3 ページ: 111-118
  • DOI: 10.1266/ggs.19-00050
  • NAID: 130007891310
  • ISSN: 1341-7568, 1880-5779
  • 年月日: 2020-06-01
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mechanism of self/nonself- discrimination in Brassica self-incompatibility. (2020)
  • 著者名/発表者名: Murase, K., Moriwaki, Y., Mori, T., Xiao, L., Masaka, C., Takada, Y., Maesaki, R., Mishima, M., Fujii, S., Hirano, Y., Kawabe, Z., Nagata, K., Terada, T., Suzuki, G., Watanabe, M., Shimizu, K., Hakoshima, T., and Takayama, S.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1 ページ: 4916-4916
  • DOI: 10.1038/s41467-020-18698-w
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Double-locking mechanism of self-compatibility in Arabidopsis thaliana: the synergistic effect of transcriptional depression and disruption of coding region in the male specificity gene. (2020)
  • 著者名/発表者名: Suwabe, K., Nagasaka, K., Windari, E. A., Hoshiai, C., Ota, T., Takada, M., Kitazumi, A., Masuko-Suzuki, H., Kagaya, Y., Yano, K., Tsuchimatsu, T., Shimizu, K. K., Takayama, S., Suzuki, G., and Watanabe, M.
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 11 ページ: 576140-576140
  • DOI: 10.3389/fpls.2020.576140
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Expanding the RNase world (2020)
  • 著者名/発表者名: Fujii Sota、Takayama Seiji
  • 雑誌名: Nature Plants 巻: 6 号: 2 ページ: 53-54
  • DOI: 10.1038/s41477-020-0596-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Parallel evolution of dominant pistil-side self-incompatibility suppressors in Arabidopsis (2020)
  • 著者名/発表者名: Fujii Sota、Shimosato-Asano Hiroko、Kakita Mitsuru、Kitanishi Takashi、Iwano Megumi、Takayama Seiji
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1 ページ: 1404-1404
  • DOI: 10.1038/s41467-020-15212-0
  • NAID: 120006840746
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 植物が異種の花粉を排除する仕組みを発見 (2020)
  • 著者名/発表者名: 藤井壮太、高山誠司
  • 雑誌名: バイオサイエンスとインダストリー 巻: 20 ページ: 14-17
  • NAID: 40022148906
  • 査読あり
• [雑誌論文] Genetic and tissue-specific RNA-sequencing analysis of self-compatible mutant TSC28 in <i>Brassica rapa</i> L. toward identification of a novel self-incompatibility factor (2019)
  • 著者名/発表者名: Osaka, M., Nabemoto, M., Maeda, S., Sakazono, S., Masuko-Suzuki, H., Ito, K., Takada, Y., Kobayashi, I., Lim, Y. P., Nakazono, M., Fujii, S., Murase, K., Takayama, S., Suzuki, G., Suwabe, K., and Watanabe, M.
  • 雑誌名: Genes & Genetic Systems 巻: 94 号: 4 ページ: 167-176
  • DOI: 10.1266/ggs.19-00010
  • NAID: 130007738050
  • ISSN: 1341-7568, 1880-5779
  • 年月日: 2019-08-01
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A stigmatic gene confers interspecies incompatibility in the Brassicaceae (2019)
  • 著者名/発表者名: Fujii Sota、Tsuchimatsu Takashi、Kimura Yuka、Ishida Shota、Tangpranomkorn Surachat、Shimosato-Asano Hiroko、Iwano Megumi、Furukawa Shoko、Itoyama Wakana、Wada Yuko、Shimizu Kentaro K.、Takayama Seiji
  • 雑誌名: Nature Plants 巻: 5 号: 7 ページ: 731-741
  • DOI: 10.1038/s41477-019-0444-6
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 被子植物における自他の花粉の識別システムおよびその進化の動態 (2018)
  • 著者名/発表者名: 藤井壮太, 高山誠司
  • 雑誌名: 領域融合レビュー 巻: 7 ページ: e006
  • DOI: 10.7875/leading.author.7.e006
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Duplicated pollen-pistil recognition loci control intraspecific unilateral incompatibility in Brassica rapa (2017)
  • 著者名/発表者名: Takada Yoshinobu、Murase Kohji、Shimosato-Asano Hiroko、Sato Takahiro、Nakanishi Honoka、Suwabe Keita、Shimizu Kentaro K.、Lim Yong Pyo、Takayama Seiji、Suzuki Go、Watanabe Masao
  • 雑誌名: Nature Plants 巻: 3 号: 7 ページ: 17096-17096
  • DOI: 10.1038/nplants.2017.96
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Multilayered dominance hierarchy in plant self-incompatibility (2017)
  • 著者名/発表者名: Fujii Sota、Takayama Seiji
  • 雑誌名: Plant Reproduction 巻: 31 号: 1 ページ: 15-19
  • DOI: 10.1007/s00497-017-0319-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure of the SHR-SCR heterodimer bound to the BIRD/IDD transcriptional factor JKD (2017)
  • 著者名/発表者名: Hirano Y, Nakagawa M, Suyama T, Murase K, Shirakawa M, Takayama S, Sun T-p, Hakoshima T
  • 雑誌名: Nature Plants 巻: 3 号: 3 ページ: 17010-17010
  • DOI: 10.1038/nplants.2017.10
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Cullin1-P is an essential component of non-self recognition system in self-sncompatibility in Petunia (2016)
  • 著者名/発表者名: Kubo K, Tsukahara M, Fujii S, Murase K, Wada Y, Entani T, Iwano M, Takayama S
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 57 号: 11 ページ: 2403-2416
  • DOI: 10.1093/pcp/pcw152
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Correlative Gene System: Establishing Next-Generation Genetics (2016)
  • 著者名/発表者名: Fujii S, Takayama S 他
  • 雑誌名: Genes & Genetic Systems 巻: 91 号: 2 ページ: 49-49
  • DOI: 10.1266/ggs.16-10001
  • NAID: 130005421184
  • ISSN: 1341-7568, 1880-5779
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Non-self- and self-recognition models in plant self-incompatibility (2016)
  • 著者名/発表者名: Fujii S, Kubo K, Takayama S
  • 雑誌名: Nature Plants 巻: 2 号: 9 ページ: 16130-16130
  • DOI: 10.1038/nplants.2016.130
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Efficient expression of SRK intracellular domain by a modeling-based protein engineering. (2016)
  • 著者名/発表者名: Murase K, Hirano Y, Takayama S, Hakoshima T.
  • 雑誌名: Protein Expression and Purification 巻: 印刷中 ページ: 70-75
  • DOI: 10.1016/j.pep.2015.09.020
  • 査読あり
• [雑誌論文] A complex dominance hierarchy is controlled by polymorphism of small RNAs and their targets (2016)
  • 著者名/発表者名: Yasuda S., Wada Y., Kakizaki T., Tarutani Y., Miura-Uno E., Murase K., Fujii S., Hioki T., Shimoda T., Takada Y., Shiba H., Takasaki-Yasuda T., Suzuki G., Watanabe M., Takayama S.
  • 雑誌名: Nat. Plants 巻: 3 号: 1 ページ: 16206-16206
  • DOI: 10.1038/nplants.2016.206
  • NAID: 120005947451
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] MYB transcription factor gene involved in sex determination in Asparagus officinalis (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Murase, S. Shigenobu, S. Fujii, K. Ueda, T. Murata, A. Sakamoto, Y. Wada, K. Yamaguchi, Yuriko Osakabe, Keishi Osakabe, A. Kanno, Y. Ozaki and S. Takayama
  • 雑誌名: Genes to Cells 巻: 22 号: 1 ページ: 115-123
  • DOI: 10.1111/gtc.12453
  • NAID: 120005983408
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Identification of reference genes for quantitative expression analysis using large-scale RNA-seq data of <i>Arabidopsis thaliana</i> and model crop plants (2016)
  • 著者名/発表者名: Toru Kudo, Yohei Sasaki, Shin Terashima, Noriko Matsuda-Imai, Tomoyuki Takano, Misa Saito, Maasa Kanno, Soichi Ozaki, Keita Suwabe, Go Suzuki, Masao Watanabe, Makoto Matsuoka, Seiji Takayama, Kentaro Yano
  • 雑誌名: Genes & Genetic Systems 巻: 91 号: 2 ページ: 111-125
  • DOI: 10.1266/ggs.15-00065
  • NAID: 130005421205
  • ISSN: 1341-7568, 1880-5779
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] 植物の雌しべが自種と異種、自己と非自己の花粉を識別するしくみ (2020)
  • 著者名/発表者名: 藤井壮太
  • 学会等名: 第50回日本皮膚免疫アレルギー学会
  • 招待講演
• [学会発表] 異種の花粉を選択的に排除する分子メカニズム (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤井壮太
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会
  • 招待講演
• [学会発表] ゲノムワイド関連解析による異種花粉識別分子の発見 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤井壮太
  • 学会等名: 第51回種生物学会シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] A molecular mechanism that rejects pollen from foreign species (2019)
  • 著者名/発表者名: Sota Fujii
  • 学会等名: International Symposium on the Future Direction of Plant Science by Young Researchers
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 葯タペート組織のエピジェネティックな発生制御メカニズムの解 (2019)
  • 著者名/発表者名: 川又奨, 杉直也, レティノクィン, 本木剛彰, 清永郁香, 岩野恵, 岩井宏曉, 佐藤忍, 高山誠司, 柴博史
  • 学会等名: 日本農芸化学会2018年度大会
• [学会発表] アブラナ科植物の自家不和合性を司る花粉因子と雌蕊因子のハプロタイプ特異的相互作用解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 河辺 善，村瀬浩司，高田美信，渡辺正夫，片山幸江，岡本 研，盧 翌，陸 鵬，鈴木道生，高山誠司，永田宏次
  • 学会等名: 日本農芸化学会2018年度大会
• [学会発表] Inter-ecotype pollen-stigma incompatibility is determined by duplicated self-recognition genes in Brassica rapa (2018)
  • 著者名/発表者名: Takada, T., Murase, K., Shimosato-Asano, H., Sato, T., Nakanishi, H., Mihara, A., He, Y., Suwabe, K., Shimizu, K.K., Lim, Y.P., Takayama, S., Suzuki, G., Watanabe, M.
  • 学会等名: The 25th International Congress on Sexual Plant Reproduction
  • 国際学会
• [学会発表] Exploration of pollen compatibility factor using forward genetic approach (2018)
  • 著者名/発表者名: Tangpranomkorn, S., Fujii, S., Igarashi, M., Takayama, S.
  • 学会等名: The 25th International Congress on Sexual Plant Reproduction
  • 国際学会
• [学会発表] Non-self-recognition system in S-RNase-based self-incompatibility in Petunia:Molecular mechanism to avoid inbreeding (2018)
  • 著者名/発表者名: Kubo, K.
  • 学会等名: 15th International Symposium of Japan Solanaceae Consortium
  • 国際学会
• [学会発表] 自家不和合性遺伝子の重複と相互機能欠失によるアブラナ科植物の一側性不和合性機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 高田美信, 鈴木剛, 清水健太郎, 高山誠司, 渡辺正夫
  • 学会等名: 日本育種学会第60回ワークショップ
• [学会発表] アブラナ科植物における自家不和合性決定因子の複対立遺伝子間優劣性制御機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 安田晋輔, 和田七夕子, 柿崎智博, 樽谷芳明, 宇野栄子, 村瀬浩司, 藤井壮太, 日置智也, 下田大貴, 高田美信, 柴博史, 安田剛志, 鈴木剛, 渡辺正夫, 高山誠司
  • 学会等名: 日本育種学会第60回ワークショップ
• [学会発表] 他家の花粉を積極的に排除する雌蕊因子Stigmatic Privacy 1 (2018)
  • 著者名/発表者名: 藤井壮太, 土松隆志, 浅野(下里)裕子, 岩野恵, 石田翔太, 古川翔子, 糸山和香, 和田七夕子, 清水健太郎, 高山誠司
  • 学会等名: 日本育種学会第134回講演会
• [学会発表] 自家不和合性ペチュニアの花粉側因子SLFの分子系統学に基づいた認識標的の予測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 久保健一、藤井壮太、村瀬浩司、辻田絵梨、円谷徹之、高山誠司
  • 学会等名: 日本農芸化学会2018年度大会
• [学会発表] ナス科植物の自家不和合性に関わるS-RNaseのX線結晶構造解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 辻田絵梨、村瀬浩司、平野良憲、森智行、久保健一、円谷徹之、箱嶋敏雄、高山誠司
  • 学会等名: 日本農芸化学会2018年度大会
• [学会発表] アブラナ科植物の自家不和合性におけるリガンド受容体複合体の結晶構造 (2018)
  • 著者名/発表者名: 村瀬浩司、森智行、劉瀟、真坂知帆、平野良憲、浅野(下里)裕子、高田美信、渡辺正夫。磯貝彰、箱嶋敏雄、高山誠司
  • 学会等名: 日本農芸化学会2018年度大会
• [学会発表] 優劣性を制御する低分子RNA (2017)
  • 著者名/発表者名: 高山 誠司
  • 学会等名: 日本農芸化学会2017年度大会シンポジウム
  • 発表場所: 京都女子大学（京都府京都市）
  • 年月日: 2017-03-20
  • 招待講演
• [学会発表] A MYB transcription factor gene involved in sex determination in Asparagus officinalis (2017)
  • 著者名/発表者名: Murase, K., Shigenobu, S., Fujii, S., Ueda, K., Murata, T., Sakamoto, A., Wada, Y., Yamaguchi, K., Osakabe, Y., Osakabe, K., Kanno, A., Ozaki, Y., Takayama, S.
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Asia Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Identification of pollen compatibility factor required for successful pollination (2017)
  • 著者名/発表者名: Tangpranomkorn, S., Fujii, S., Igarashi, M., Iwano, M., Takayama, S.
  • 学会等名: International Symposium on Imaging Frontier 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Structural basis of the self-recognition in Brassica self-incompatibility (2017)
  • 著者名/発表者名: Masaka, C., Murase, K., Mori, T., Xiao, L., Hirano, Y., Shimosato-Asano, H., Takada, Y., Watanabe, M., Isogai, A., Hakoshima, T., Takayama, S.
  • 学会等名: Taiwan Japan Plant Biology 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Identification of sex-determination gene in Asparagus officinalis (2017)
  • 著者名/発表者名: Murase, K., Shigenobu, S., Fujii, S., Ueda, K., Murata, T., Sakamoto, A., Wada, Y., Yamaguchi, K., Osakabe, Y., Osakabe, K., Kanno, A., Ozaki, Y., Takayama, S.
  • 学会等名: Taiwan Japan Plant Biology 2017
  • 国際学会
• [学会発表] アブラナ科植物の自家不和合性における自己認識機構の構造基盤 (2017)
  • 著者名/発表者名: 真坂知帆、村瀬浩司、森智行、劉瀟、平野良憲、浅野(下里)裕子、高田美信、渡辺正夫、磯貝彰、箱嶋敏雄、高山誠司
  • 学会等名: 第40回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 植物の自他識別機構における細胞応答反応の可視化とモデル化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 藤井壮太
  • 学会等名: 日本農芸化学会関東支部2017年度第3回支部例会
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular biological studies on self/non-self discrimination signals in Brassicaceae (2016)
  • 著者名/発表者名: Fujii S, Igarashi M, Tangpranomkorn S, Aoki M, Iwano M, Takayama S
  • 学会等名: The Cold Spring Harbor Asia conference on Latest Advances in Plant Development & Environmental Response
  • 発表場所: 淡路夢舞台国際会議場（兵庫県淡路市）
  • 年月日: 2016-12-01
  • 国際学会
• [学会発表] アスパラガスにおける性染色体上の遺伝子解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 村田 亨謙、阪本 愛、村瀬 浩司、重信 秀治、藤井 壮太、上田 和季、和田 七夕子、山口 勝司、刑部 祐里子、刑部 敬史、管野 明、尾崎 行生、高山 誠司、
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2016-11-30
• [学会発表] アスパラガスにおける性決定遺伝子の進化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 阪本 愛、村瀬 浩司、重信 秀治、藤井 壮太、上田 和季、村田 亨謙、和田 七夕子、山口 勝司、刑部 祐里子、刑部 敬史、管野 明、尾崎 行生、高山 誠司
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2016-11-30
• [学会発表] アブラナ科植物の受粉の生理・進化ダイナミクス (2016)
  • 著者名/発表者名: 藤井 壮太、五十嵐 元子、Surachat Tangpranomkorn、高山 誠司
  • 学会等名: 日本育種学会第130回秋季大会、ワークショップ
  • 発表場所: 鳥取大学（鳥取県鳥取市）
  • 年月日: 2016-09-24
  • 招待講演
• [備考] 東京大学大学院農学生命科学研究科応用生命化学専攻生物有機化学研究室
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/seiyu/
• [備考] 新種誕生の原理ー平成28年度文部科学省科学研究費補助金新学術領域研究
  • URL: http://www.ige.tohoku.ac.jp/prg/plant/
• [備考] 奈良先端科学技術大学院大学バイオサイエンス研究科細胞間情報学研究室
  • URL: http://bsw3.naist.jp/takayama/
• [備考] 植物新種誕生の原理
  • URL: http://www.ige.tohoku.ac.jp/prg/plant/