新規植物細胞融合現象の必須因子の同定と分子メカニズムの解析

• 研究課題/領域番号: 16H06173
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 形態・構造
• 研究機関: 横浜市立大学
• 研究代表者: 丸山 大輔 横浜市立大学, 木原生物学研究所, 助教 (80724111)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 23,530千円 (直接経費: 18,100千円、間接経費: 5,430千円); 2018年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円); 2017年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円); 2016年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円)
• キーワード: 花粉管 / 卵細胞 / 重複受精 / 細胞融合 / シロイヌナズナ / 助細胞 / 胚乳 / 助細胞胚乳融合 / 多花粉管拒否 / 遺伝学

研究成果の概要

生殖の過程でオスとメスが1対1の関係で結びつくことは動植物を問わず、重要な仕組みである。被子植物のシロイヌナズナでは、受精後の胚珠がすぐに精細胞を運ぶ花粉管の誘引を停止することで、複数回の受精をする危険性を回避する。その素早い花粉管誘引停止を支える仕組みとして、当研究室は花粉管誘引ペプチドを分泌する助細胞と胚乳との細胞融合現象に着目している。様々な阻害剤を加えたときの反応を調べたところ、この助細胞胚乳融合には、受精後の新規の遺伝子発現や胚乳における分裂期への移行が必要とされることがわかった。また、助細胞胚乳融合を欠損する変異体を分離し、原因遺伝子を解析する準備を整えた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

助細胞胚乳融合は被子植物の成長の過程でも珍しい細胞融合現象である。その仕組みの一端を示すとともに今後の詳しい解析につながる本研究は、植物が細胞を融合するために細胞壁や細胞膜をどのように制御するかを理解するために役立つ。また、花粉管誘引停止の制御を理解する基礎的な研究として、本研究成果は将来的に、卵細胞を2つの精細胞で受精させたり、卵細胞と中央細胞を別々の精細胞で受精させる技術の開発の発展に寄与すると期待される。

研究成果

• [国際共同研究] Gregor Mendel Institute(オーストリア)
• [国際共同研究] ケンタッキー大学(米国)
• [国際共同研究] Gregor Mendel Institute(オーストリア)
• [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] RETINOBLASTOMA RELATED1 mediates germline entry in Arabidopsis. (2017)
  • 著者名/発表者名: Zhao, X., Bramsiepe, J., Van Durme, M., Komaki, S., Prusicki, M.A., Maruyama, D., Forner, J., Medzihradszky, A., Wijnker, E., Harashima, H., Lu, Y., Schmidt, A., Guthorl, D., Logrono, R.S., Guan, Y., Pochon, G., Grossniklaus, U., Laux, T., Higashiyama, T., Lohmann, J.U., Nowack, M.K., Schnittger, A.
  • 雑誌名: Science 巻: 356 号: 6336
  • DOI: 10.1126/science.aaf6532
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Spatiotemporal deep imaging of syncytium induced by the soybean cyst nematode Heterodera glycines (2017)
  • 著者名/発表者名: Mina Ohtsu, Yoshikatsu Sato, Daisuke Kurihara, Takuya Suzaki, Masayoshi Kawaguchi, Daisuke Maruyama, Tetsuya Higashiyama
  • 雑誌名: Protoplasma 巻: 印刷中 号: 6 ページ: 2107-2115
  • DOI: 10.1007/s00709-017-1105-0
  • NAID: 120006382262
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Pollen tube contents initiate ovule enlargement and enhance seed coat development without fertilization. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kasahara R., Notaguchi M., Nagahara S., Suzuki T., Susaki D., Honma Y., Maruyama D., Higashiyama T.
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 2 号: 10 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1126/sciadv.1600554
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The end of temptation: the elimination of persistent synergid cell identity (2016)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Maruyama, Tetsuya Higashiyama
  • 雑誌名: Current Opinion in Plant Biology 巻: 34 ページ: 122-126
  • DOI: 10.1016/j.pbi.2016.10.011
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Cell fusion and nuclear fusion in plants (2016)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Maruyama, Tetsuya Higashiyama
  • 雑誌名: Seminars in Cell & Developmental Biology 巻: 60 ページ: 127-135
  • DOI: 10.1016/j.semcdb.2016.07.024
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [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
• [学会発表] Reception of pollen tube contents by the endosperm. (2018)
  • 著者名/発表者名: Maruyama, D., Susaki, D., Higashiyama, T., Kinoshita, T.
  • 学会等名: 25th International Conference on Sexual Plant Reproduction
  • 国際学会
• [学会発表] 助細胞は精細胞の放出先の位置を制御する微小流路として機能する (2017)
  • 著者名/発表者名: 須崎 大地、東山 哲也、木下 哲、丸山 大輔
  • 学会等名: 日本植物学会第81回大会
• [学会発表] 植物システムを支える生命の分岐点 (2016)
  • 著者名/発表者名: 丸山大輔、東山哲也
  • 学会等名: 日本細胞生物学会
  • 発表場所: テルサ京都（京都府京都市）
  • 年月日: 2016-06-15
• [図書] Plant Germline Development (2017)
  • 著者名/発表者名: Susaki, D., Maruyama, D., Yelagandula, R., Berger, F., Kawashima, T. Humana Press, New York, NY
  • 出版者: Humana Press, New York, NY
  • ISBN: 9781493972869