植物の世代交代制御因子の進化機構の解明

• 研究課題/領域番号: 18K06367
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分45020:進化生物学関連
• 研究機関: 立教大学
• 研究代表者: 榊原 恵子 立教大学, 理学部, 准教授 (90590000)
• 研究分担者: 関本 弘之 日本女子大学, 理学部, 教授 (20281652)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2020年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2019年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2018年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
• キーワード: 世代交代 / 転写因子 / KNOX遺伝子 / ストレプト藻類 / 陸上植物 / 進化 / KNOX2遺伝子 / KNOX2

研究成果の概要

陸上植物はその生活環の中で単相と複相の両方に多細胞体制を構築する世代交代を行う。陸上植物ヒメツリガネゴケにおいて同定されたホメオボックス型転写因子KNOX2遺伝子は陸上植物とストレプト藻類の共通祖先において既に存在していた。ストレプト藻類ヒメミカヅキモを用いて変異体を単離した。別の陸上植物であるツノゴケゲノムを解読したところ、ツノゴケはKNOX2遺伝子を持つが、姉妹遺伝子であるKNOX1遺伝子は持たないことがわかった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

研究代表者は陸上植物の世代交代制御因子であるKNOX2遺伝子を報告しているが、KNOX2遺伝子は陸上植物出現以前から陸上植物と緑藻類の共通祖先において存在していたことがわかった。陸上植物以前の機能解明のため、緑藻類のKNOX2遺伝子の機能解析を実施し、変異体を獲得できた。
ツノゴケAnthoceros agrestisのゲノム解読を行い、ツノゴケゲノムにはKNOX2遺伝子は存在するがその姉妹遺伝子であるKNOX1遺伝子は欠失していることを示した。

研究成果

• [国際共同研究] Univ. Zurich(スイス)
• [国際共同研究] University of Cambridge(英国)
• [国際共同研究] Boyce Thompson Institute(米国)
• [国際共同研究] Monash University(オーストラリア)
• [国際共同研究] University of Zurich(スイス)
• [国際共同研究] Boyce Thompson Institute(米国)
• [国際共同研究] University of Cambridge(英国)
• [国際共同研究] Monash University(オーストラリア)
• [国際共同研究] University of Zurich(スイス)
• [国際共同研究] Boyce Thompson Institute(米国)
• [国際共同研究] University of Cambridge(英国)
• [国際共同研究] University of Cambridge(英国)
• [国際共同研究] University of Zurich(スイス)
• [国際共同研究] Cornell University(米国)
• [国際共同研究] Gregor Mendel Institute(オーストリア)
• [雑誌論文] An Agrobacterium ‐mediated stable transformation technique for the hornwort model Anthoceros agrestis (2021)
  • 著者名/発表者名: Frangedakis Eftychios、Waller Manuel、Nishiyama Tomoaki、Tsukaya Hirokazu、Xu Xia、Yue Yuling、Tjahjadi Michelle、Gunadi Andika、Van Eck Joyce、Li Fay‐Wei、Sz?v?nyi P?ter、Sakakibara Keiko
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 232 号: 3 ページ: 1488-1505
  • DOI: 10.1111/nph.17524
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] ゲノム解析から見たツノゴケの二酸化炭素濃縮機構とシアノバクテリア，菌類との共生 植物の陸上進出を可能にした生存戦略 (2021)
  • 著者名/発表者名: 西山 智明, 榊原 恵子, 嶋村 正樹
  • 雑誌名: 化学と生物 巻: 59 ページ: 484-487
• [雑誌論文] 陸上植物起源研究の最後のフロンティア、ツノゴケの生物学 (2021)
  • 著者名/発表者名: 嶋村正樹、西山智明、榊原恵子
  • 雑誌名: BSJ-Review 巻: 12 ページ: 183-185
• [雑誌論文] ツノゴケゲノムと陸上植物の発生進化 (2021)
  • 著者名/発表者名: 西山智明、嶋村正樹、榊原恵子
  • 雑誌名: BSJ-Review 巻: 12 ページ: 186-195
• [雑誌論文] The hornworts: morphology, evolution and development. (2021)
  • 著者名/発表者名: Frangedakis, E., Shimamura, M., Villarreal, J.C., Li, F.‐W., Tomaselli, M., Waller, M., Sakakibara, K., Renzaglia, K.S. & Szovenyi, P.
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 229 号: 2 ページ: 735-754
  • DOI: 10.1111/nph.16874
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Anthoceros genomes illuminate the origin of land plants and the unique biology of hornworts (2020)
  • 著者名/発表者名: Li FW, Nishiyama T, et al.
  • 雑誌名: Nat. Plants 巻: 6 号: 3 ページ: 259-272
  • DOI: 10.1038/s41477-020-0618-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Transcription factor DUO1 generated by neo-functionalization is associated with evolution of sperm differentiation in plants (2018)
  • 著者名/発表者名: Higo, A., Kawashima, T., Borg, M., Zhao, M., Lopez-Vidriero, I., Sakayama, H., et al. (他18名)
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 号: 1 ページ: 5283-5283
  • DOI: 10.1038/s41467-018-07728-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] ヒメツリガネゴケの生殖器官形成に関わるPpRKDの機能解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 鈴木誠也、養老瑛美子、小藤累美子、榊原恵子
  • 学会等名: 日本植物学会第85回大会
• [学会発表] ゼニゴケとヒメツリガネゴケを用いた植物の GAGA 結合タンパク質の機能進化の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 安居佑季子、井上慎子、田中知葉、岩崎美雪、川井絢子、養老瑛美子、榊原恵子、河内孝之
  • 学会等名: 日本植物学会第85回大会
• [学会発表] ツノゴケAnthoceros agrestisのアグロバクテリウムを介した形質転換系の確立 (2021)
  • 著者名/発表者名: Eftychios Frangedakis、Manuel Waller、西山智明、塚谷裕一、Peter Szovenyi、榊原恵子
  • 学会等名: 日本植物学会第85回大会
• [学会発表] ツノゴケの特異性をもたらした遺伝子基盤 (2020)
  • 著者名/発表者名: 榊原 恵子、嶋村 正樹、西山 智明
  • 学会等名: 日本植物学会第84回大会
• [学会発表] コケ植物モデル、ヒメツリガネゴケとAnthoceros agrestisを使って陸上植物らしさの謎に挑む (2020)
  • 著者名/発表者名: 榊原 恵子
  • 学会等名: 日本分子生物学会第44回大会
• [学会発表] ヒメツリガネゴケNIN-like protein相同遺伝子は２倍体の分裂組織の維持に関わる (2020)
  • 著者名/発表者名: 養老 瑛美子、榊原 恵子
  • 学会等名: 日本植物生理学会
• [学会発表] Function of homeodomain leucine zipper IV genes in Physcomitrella patens (2019)
  • 著者名/発表者名: Sakakibara, K.
  • 学会等名: Marchantia workshop 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Evolution of homeodomain leucine zipper IV genes (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤井絵実加、堀直樹、Chris Zalewski、John Bowman、榊原恵子
  • 学会等名: 日本進化学会
• [学会発表] PpWOX13LAB遺伝子は細胞壁成分の調節を介して幹細胞形成を制御する (2019)
  • 著者名/発表者名: 榊原 恵子、川井 絢子、小竹 敬久、西山 智明
  • 学会等名: 日本植物学会
• [学会発表] Making new bryophyte model systems using genome sequencing and transformation technique. (2018)
  • 著者名/発表者名: Keiko Sakakibara, Emiko Yoro, Tomomi Nakagawa, Eftychios Frangedakis, Masaki Shimamura, Tomoaki Nishiyama
  • 学会等名: EMBO Workshop "New shores in land plant evolution”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] フタバネゼニゴケの凍結保存法の確立 (2018)
  • 著者名/発表者名: 無津呂 一輝 川井 絢子 榊原 恵子
  • 学会等名: Cryopreservation Conference 2018
• [備考] 陸上植物の起源を探る研究モデル 「ツノゴケ」への遺伝子導入技術開発に成功
  • URL: https://www.rikkyo.ac.jp/news/2021/07/mknpps000001p9jk.html
• [備考] 陸上植物の起源を探る比較ゲノム解析の謎、「ツノゴケ」の高精度ゲノム解読に成功（立教大学ホームページ）
  • URL: https://www.rikkyo.ac.jp/news/2020/03/mknpps0000015huk.html
• [備考] 植物の多様な精子の形成の進化的起源を解明 －7億年前のDUO1遺伝子獲得が植物の精子形成に関わる－
  • URL: http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2018/181211_1.html