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両性花における動物を利用した他殖促進機構の構築原理

計画研究

研究領域植物の挑戦的な繁殖適応戦略を駆動する両性花とその可塑性を支えるゲノム動態
研究課題/領域番号 22H05176
研究種目

学術変革領域研究(A)

配分区分補助金
審査区分 学術変革領域研究区分(Ⅲ)
研究機関奈良先端科学技術大学院大学

研究代表者

伊藤 寿朗  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (90517096)

研究分担者 北口 哲也  東京科学大学, 総合研究院, 准教授 (60432374)
研究期間 (年度) 2022-06-16 – 2027-03-31
研究課題ステータス 交付 (2025年度)
配分額 *注記
103,480千円 (直接経費: 79,600千円、間接経費: 23,880千円)
2025年度: 20,280千円 (直接経費: 15,600千円、間接経費: 4,680千円)
2024年度: 19,890千円 (直接経費: 15,300千円、間接経費: 4,590千円)
2023年度: 21,190千円 (直接経費: 16,300千円、間接経費: 4,890千円)
2022年度: 21,060千円 (直接経費: 16,200千円、間接経費: 4,860千円)
キーワード転写制御モジュール / 花発生 / cis-trans制御 / エピゲノム / 定量解析
研究開始時の研究の概要

蜜腺は、多様な被子植物の種分化を生み出した原動力の1つであるが、本来の正しい位置に正しいタイミングで成熟した蜜腺をつくるための分子メカニズムは不明である。本研究は、1) 自殖する和合種であるシロイヌナズナでの蜜腺形成の鍵遺伝子のネットワーク機構の解析、2) シロイヌナズナ近縁種で他殖のみを行うセイヨウミヤマハタザオと、生育環境に応じて他殖を促進する開放花及び自殖のみを行う閉鎖花を使い分けるコカイタネツケバナの2種での蜜腺モジュールの比較解析を行う。これらの解析により、生殖様式に連動した定量的な蜜腺サイズと蜜量を決める分子機構を解明し、その可塑性を支える駆動メカニズムとゲノム動態を理解する。

研究実績の概要

シロイヌナズナにおける蜜腺形成の遺伝子ネットワーク機構の解明を進めた。蜜腺形成の鍵遺伝子CRABS CLAW (CRC)はYABBY型の転写因子をコードしている。ターゲット遺伝子として、MACCHI-BOU 4 (MAB4)やMYB57 遺伝子を同定し、それらの変異体の蜜腺サイズは野生型の蜜腺よりも小さいことを示した。MAB4タンパク質は、蜜腺の細胞の細胞膜に蜜腺の先端内部に向かって偏りをもって局在しており、オーキシンの輸送に関わるPIN1タンパク質の細胞内局在の制御にかかわっていた。実際に、オーキシンシグナルを可視化することができるDR5レポーターは、mab4変異体では蜜腺の内部でのオーキシン量が劇的に減少していた。このことから、MAB4は蜜腺の先端内部へのオーキシン輸送を促進することで、蜜腺の大きさを正に制御するという蜜腺形成の新規モデルが提唱された。さらにもう一方のCRCターゲットであるMYB57転写因子がCRCの共役因子として、蜜腺発達に関わる多くのターゲット遺伝子の発現制御にかかわっていることを示した。領域内共同研究として、木下班とシロイヌナズナの新規インプリント遺伝子の解析を進めた。白澤班、清水班と合同でシロイヌナズナ近縁種での解析として、環境に応じて開放花と閉鎖花を作り分けるコカイタネツケバナのゲノムシークエンスを行った。さらに、生殖器官分化のマスター制御因子AGAMOUSによる細胞周期依存的な下流遺伝子の発現制御機構(Plant Cell, 35: 2821-2847, 2023, 共責任著者)や昆虫の誘引にかかわる花弁の受精後の脱離機構としてジャスモン酸によるオートファジー経路(Nature Commun. 15: 1098, 2024. 共責任著者)などの論文報告を行った。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

シロイヌナズナにおける蜜腺形成の主要遺伝子カスケードを同定し、オーキシンによる蜜腺形成機構の解明を成し遂げている。また、蜜腺形成の可塑性を研究するためのコカイタネツケバナのゲノム解析も共同研究にて成し遂げた。さらに、研究課題「両性花における動物を利用した他殖促進機構の構築原理」に関連する研究として、AGAMOUSの下流ターゲット制御の合成生物学的な解析結果や花弁の維持と老化制御にかかわる研究を論文発表することが出来たなどの理由による。

今後の研究の推進方策

今後はこれまでに同定し解析を進めてきたシロイヌナズナにおける蜜腺形成の鍵因子であるCRCターゲット解析について論文化する。特にCRCターゲットのうち、オーキシンの輸送体であるPIN-FORMED (PIN) タンパク質の局在制御を介して、オーキシンの輸送を制御すると報告されているMACCHI-BOU 4 (MAB4) 遺伝子MACCHIBOU4(MAB4)の機能解析、MAB4とPIN1タンパク質の細胞内局在、オーキシンシグナルの蜜腺の発生時期に沿った解析に基づき、MAB4の蜜腺形成における機能モデル論文を投稿する。今後の研究の一つとして、MAB4遺伝子のcis領域の同定と予想されるコア配列に結合する因子のデータベース解析を進める。その遺伝学的解析により、共通のcis配列に作用するCRCを含む蜜腺誘導のtrans複合体の解析へ進める。
CRCターゲット遺伝子群のエピゲノム解析として、ChIL法という少数細胞からシングルセルレベルにて免疫沈降を可能とする手法を適用する。また、それぞれのヒストン修飾因子の修飾酵素の突然変異体やタグラインを活用することで、エピゲノム状態が蜜腺形成遺伝子の時空間に特異的な発現制御に及ぼす影響及び、酵素群の機能を解明する。上記の統合的解析により、シロイヌナズナにおける蜜腺形成遺伝子ネットワークの時空間特異性を解明する。
シロイヌナズナ近縁種での解析として、環境に応じて開放花と閉鎖花を作り分けるコカイタネツケバナの花における蜜腺の形態を光学顕微鏡および走査型電子顕微鏡にて観察し、蜜腺領域のRNA-seqを行う。

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 7件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 3件) 図書 (4件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] Petal abscission is promoted by jasmonic acid-induced autophagy at Arabidopsis petal bases2024

    • 著者名/発表者名
      Furuta Yuki、Yamamoto Haruka、Hirakawa Takeshi、Uemura Akira、Pelayo Margaret Anne、Iimura Hideaki、Katagiri Naoya、Takeda-Kamiya Noriko、Kumaishi Kie、Shirakawa Makoto、Ishiguro Sumie、Ichihashi Yasunori、Suzuki Takamasa、Goh Tatsuaki、Toyooka Kiminori、Ito Toshiro、Yamaguchi Nobutoshi
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 15 号: 1 ページ: 1098-1098

    • DOI

      10.1038/s41467-024-45371-3

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] AGAMOUS regulates various target genes via cell cycle?coupled H3K27me3 dilution in floral meristems and stamens2023

    • 著者名/発表者名
      Pelayo Margaret Anne、Morishita Fumi、Sawada Haruka、Matsushita Kasumi、Iimura Hideaki、He Zemiao、Looi Liang Sheng、Katagiri Naoya、Nagamori Asumi、Suzuki Takamasa、?irl Marek、Soukup Ale?、Satake Akiko、Ito Toshiro、Yamaguchi Nobutoshi
    • 雑誌名

      The Plant Cell

      巻: - 号: 8 ページ: 2821-2847

    • DOI

      10.1093/plcell/koad123

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Transcriptional Regulators of Plant Adaptation to Heat Stress2023

    • 著者名/発表者名
      Wang Xuejing、Tan Nicholas Wui Kiat、Chung Fong Yi、Yamaguchi Nobutoshi、Gan Eng-Seng、Ito Toshiro
    • 雑誌名

      International Journal of Molecular Sciences

      巻: 24 号: 17 ページ: 13297-13297

    • DOI

      10.3390/ijms241713297

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] SHI family transcription factors regulate an interspecific barrier2023

    • 著者名/発表者名
      Fujii Sota、Yamamoto Eri、Ito Seitaro、Tangpranomkorn Surachat、Kimura Yuka、Miura Hiroki、Yamaguchi Nobutoshi、Kato Yoshinobu、Niidome Maki、Yoshida Aya、Shimosato-Asano Hiroko、Wada Yuko、Ito Toshiro、Takayama Seiji
    • 雑誌名

      Nature Plants

      巻: 9 号: 11 ページ: 1862-1873

    • DOI

      10.1038/s41477-023-01535-5

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Single-Cell RNA Sequencing of Arabidopsis Leaf Tissues Identifies Multiple Specialized Cell Types: Idioblast Myrosin Cells and Potential Glucosinolate-Producing Cells2022

    • 著者名/発表者名
      Maeda Taro、Sugano Shigeo S、Shirakawa Makoto、Sagara Mayu、Ito Toshiro、Kondo Satoshi、Nagano Atsushi J
    • 雑誌名

      Plant and Cell Physiology

      巻: 64 号: 2 ページ: 234-247

    • DOI

      10.1093/pcp/pcac167

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Histone Demethylases JMJ30 and JMJ32 Modulate the Speed of Vernalization Through the Activation of FLOWERING LOCUS C in Arabidopsis thaliana2022

    • 著者名/発表者名
      Maruoka Takashi、Gan Eng-Seng、Otsuka Nana、Shirakawa Makoto、Ito Toshiro
    • 雑誌名

      Frontiers in Plant Science

      巻: 13

    • DOI

      10.3389/fpls.2022.837831

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Overexpression of AHL9 accelerates leaf senescence in Arabidopsis thaliana2022

    • 著者名/発表者名
      Zhou Yusen、Zhang Xiaomin、Chen Jing、Guo Xiaopeng、Wang Hongyan、Zhen Weibo、Zhang Junli、Hu Zhubing、Zhang Xuebing、Botella Jose Ramon、Ito Toshiro、Guo Siyi
    • 雑誌名

      BMC Plant Biology

      巻: 22 号: 1

    • DOI

      10.1186/s12870-022-03622-9

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Arrest, Senescence and Death of Shoot Apical Stem Cells in Arabidopsis thaliana2022

    • 著者名/発表者名
      Wang Yukun、Shirakawa Makoto、Ito Toshiro
    • 雑誌名

      Plant and Cell Physiology

      巻: 64 号: 3 ページ: 284-290

    • DOI

      10.1093/pcp/pcac155

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Erasure of Epigenetic Memory in Arabidopsis Flowering Control2023

    • 著者名/発表者名
      Toshiro Ito
    • 学会等名
      The 33rd International Conference on Arabidopsis Research
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] From AGAMOUS to Petals: Senescence and Size Dynamics in Flowers.2023

    • 著者名/発表者名
      Toshiro Ito
    • 学会等名
      2023 International Symposium on Plant Cell & Developmental Biology-Future Agriculture
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Chemical manipulation of epigenome towards flowering control2023

    • 著者名/発表者名
      Toshiro Ito
    • 学会等名
      第64回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [図書] "Misexpression Approaches for the Manipulation of Flower Development," Flower Development2023

    • 著者名/発表者名
      Yifeng Xu, Eng-Seng Gan, Toshiro Ito
    • 総ページ数
      23
    • 出版者
      Springer Nature
    • ISBN
      9781071632987
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [図書] "頂端分裂組織における幹細胞の分裂活性の停止と細胞死," 植物科学の最前線(BSJ-Review)2023

    • 著者名/発表者名
      白川 一, 伊藤 寿朗
    • 総ページ数
      9
    • 出版者
      (公社)日本植物学会 電子出版物編集委員会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [図書] "AGAMOUSによる花メリステムの細胞増殖停止機構," アグリバイオ2023

    • 著者名/発表者名
      古田 優生, 山口 暢俊, 伊藤 寿朗
    • 総ページ数
      6
    • 出版者
      北隆館
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [図書] 化学と生物2023

    • 著者名/発表者名
      宮嶋 渚,本郷達也,伊藤寿朗,山口暢俊
    • 総ページ数
      49
    • 出版者
      日本農芸化学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 奈良先端科学技術大学院大学 バイオサイエンス領域 花発生分子遺伝学研究室ホームページ

    • URL

      https://bsw3.naist.jp/ito/

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] 挑戦的両性花原理

    • URL

      https://www.ige.tohoku.ac.jp/prg/flower/

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書 2022 実績報告書
  • [備考] 奈良先端科学技術大学院大学 バイオサイエンス領域 花発生分子遺伝学研究室

    • URL

      https://bsw3.naist.jp/ito/

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2022-06-20   更新日: 2025-06-20  

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