胚乳における種の障壁：エピゲノム制御の鍵分子機構

• 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: 16H06471
• 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: 横浜市立大学
• 研究代表者: 木下 哲 横浜市立大学, 木原生物学研究所, 教授 (60342630)
• 研究分担者: 吉田 健太郎 神戸大学, 農学研究科, 准教授 (40570750) ; 赤木 剛士 京都大学, 農学研究科, 助教 (50611919)
• 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: 115,960千円 (直接経費: 89,200千円、間接経費: 26,760千円); 2020年度: 21,450千円 (直接経費: 16,500千円、間接経費: 4,950千円); 2019年度: 21,840千円 (直接経費: 16,800千円、間接経費: 5,040千円); 2018年度: 22,360千円 (直接経費: 17,200千円、間接経費: 5,160千円); 2017年度: 22,750千円 (直接経費: 17,500千円、間接経費: 5,250千円); 2016年度: 27,560千円 (直接経費: 21,200千円、間接経費: 6,360千円)
• キーワード: 胚乳 / 生殖的隔離 / エピジェネティクス / イネ / エピゲノム / DNA脱メチル化 / 生殖隔離 / ゲノムインプリンティング / ゲノムバランス / 新種誕生 / 生殖 / シロイヌナズナ / DNAメチル化 / 低分子RNA

研究成果の概要

受精後の胚乳においては、極めて鋭敏に異種ゲノムを感知する「鍵と鍵穴」が配置されている。ここでは、両親ゲノムにおける塩基配列レベルの違いのみならず、可塑性の高いエピジェネティックな制御機構がその重要な役割を担っている。本研究では、植物の新種誕生原理の解明のため、受精後の胚乳の生殖障壁をエピジェネティックに誘導するDNA脱メチル化に必須であるFACTヒストンシャペロンの役割と、受精後の胚乳が自らを崩壊させることにより異種ゲノムを排除する機構、さらには種の障壁が倍数性により打破できる機構を明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

胚乳胚乳の発生は塩基配列レベルのみならず、ゲノムインプリンティングを介したエピジェネティックな機構によりオス由来とメス由来のゲノムのバランスが保たれている。この機構は同種の交雑ではバランスが保たれているが、異種の交雑ではそのバランスが崩れる致死となる。本研究では、その分子機構を明らかにし、異種の交雑においても片親の倍数性を操作するとバランスが復帰して発芽可能な雑種種子が得られることを明らかにした。

研究成果

• [国際共同研究] University of California, Davis(米国)
• [国際共同研究] UC Berkeley(米国)
• [国際共同研究] Seoul National University(韓国)
• [国際共同研究] John Innes Center(英国)
• [国際共同研究] Swedish University(スウェーデン)
• [国際共同研究] Yokohama City University/Okayama University(日本)
• [国際共同研究] University Geneva(Switzerland)
• [国際共同研究] Gregor Mendel Institute(Austria)
• [雑誌論文] Persistent directional growth capability in Arabidopsis thaliana pollen tubes after nuclear elimination from the apex (2021)
  • 著者名/発表者名: Motomura Kazuki、Takeuchi Hidenori、Notaguchi Michitaka、Tsuchi Haruna、Takeda Atsushi、Kinoshita Tetsu、Higashiyama Tetsuya、Maruyama Daisuke
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 号: 1 ページ: 2331-2331
  • DOI: 10.1038/s41467-021-22661-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mutation of the imprinted gene OsEMF2a induces autonomous endosperm development and delayed cellularization in rice (2021)
  • 著者名/発表者名: Tonosaki Kaoru、Ono Akemi、Kunisada Megumi、Nishino Megumi、Nagata Hiroki、Sakamoto Shingo、Kijima Saku T、Furuumi Hiroyasu、Nonomura Ken-Ichi、Sato Yutaka、Ohme-Takagi Masaru、Endo Masaki、Comai Luca、Hatakeyama Katsunori、Kawakatsu Taiji、Kinoshita Tetsu
  • 雑誌名: The Plant Cell 巻: 33 ページ: 85-103
  • DOI: 10.1093/plcell/koaa006
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Epigenetics and plant reproduction: Multiple steps for responsibly handling succession (2021)
  • 著者名/発表者名: Ono Akemi、Kinoshita Tetsu
  • 雑誌名: Current Opinion in Plant Biology 巻: 61 ページ: 102032-102032
  • DOI: 10.1016/j.pbi.2021.102032
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] DNA demethylation by ROS1a in rice vegetative cells promotes methylation in sperm (2019)
  • 著者名/発表者名: Kim M. Yvonne、Ono Akemi、Scholten Stefan、Kinoshita Tetsu、Zilberman Daniel、Okamoto Takashi、Fischer Robert L.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 印刷中 号: 19 ページ: 9652-9657
  • DOI: 10.1073/pnas.1821435116
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Endosperm Development (2018)
  • 著者名/発表者名: Kaoru Tonosaki and Tetsu Kinoshita
  • 雑誌名: eLS 巻: - ページ: 1-7
  • DOI: 10.1002/9780470015902.a0020098.pub2
  • 査読あり
• [雑誌論文] FACT complex is required for DNA demethylation at heterochromatin during reproduction inArabidopsis (2018)
  • 著者名/発表者名: Frost Jennifer M.、Kim M. Yvonne、Park Guen Tae、Hsieh Ping-Hung、Nakamura Miyuki、Lin Samuel J. H.、Yoo Hyunjin、Choi Jaemyung、Ikeda Yoko、Kinoshita Tetsu、Choi Yeonhee、Zilberman Daniel、Fischer Robert L.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 1 号: 20 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1073/pnas.1713333115
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A parental tug-of-war (2018)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita Tetsu
  • 雑誌名: Nature Plants 巻: 4 号: 6 ページ: 329-330
  • DOI: 10.1038/s41477-018-0179-9
• [雑誌論文] A pharmacological study of Arabidopsis cell fusion between the persistent synergid and endosperm. (2018)
  • 著者名/発表者名: Motomura K, Kawashima T, Berger F, Kinoshita T, Higashiyama T, Maruyama D.
  • 雑誌名: J Cell Sci. 巻: 131 号: 2 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1242/jcs.204123
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Overcoming the species barrier by ploidy manipulation in the genus Oryza (2018)
  • 著者名/発表者名: Tonosaki Kaoru、Sekine Daisuke、Ohnishi Takayuki、Ono Akemi、Furuumi Hiroyasu、Kurata Nori、Kinoshita Tetsu
  • 雑誌名: The Plant Journal 巻: 93 号: 3 ページ: 534-544
  • DOI: 10.1111/tpj.13803
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fertilization-independent Cell-fusion between the Synergid and Central Cell in the Polycomb Mutant (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Motomura, Frederic Berger, Tomokazu Kawashima, Tetsu Kinoshita, Tetsuya Higashiyama, Daisuke Maruyama
  • 雑誌名: Cell Structure and Function 巻: 41 号: 2 ページ: 121-125
  • DOI: 10.1247/csf.16010
  • NAID: 130005405450
  • ISSN: 0386-7196, 1347-3700
  • 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] Dormancy-specific imprinting underlies maternal inheritance of seed dormancy in Arabidopsis thaliana. (2016)
  • 著者名/発表者名: Piskurewicz U, Iwasaki M, Susaki D, Megies C, Kinoshita T, Lopez-Molina L.
  • 雑誌名: eLIFE 巻: 5
  • DOI: 10.7554/elife.19573
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Overcoming the species hybridization barrier by ploidy manipulation in the genus Oryza (2021)
  • 著者名/発表者名: Tetsu Kinoshita
  • 学会等名: Genome Concept Centennial Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] お米（イネ胚乳）の生長を制御する遺伝子を同定; 受粉無しでデンプンを蓄積
  • URL: https://www.yokohama-cu.ac.jp/news/2020/20201125kinoshita_PC.html
• [備考] 植物遺伝子発現スイッチの初発イベントを解明
  • URL: https://www.yokohama-cu.ac.jp/news/2018/20180501kinoshita.html
• [備考] 木原生物学研究所 木下 哲教授の解説記事がNature Plants誌に掲載されました
  • URL: https://www.yokohama-cu.ac.jp/news/2018/20180528kinoshita.html