植物受粉システムの最初と最後の鍵を握る情報認識機構の分子メカニズム解明

• 研究課題/領域番号: 20H02956
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分39010:遺伝育種科学関連
• 研究機関: 三重大学
• 研究代表者: 諏訪部 圭太 三重大学, 地域イノベーション学研究科, 教授 (50451612)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円); 2023年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2022年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2021年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2020年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
• キーワード: 植物生殖 / 情報認識 / リガンド・レセプター / 花粉 / 自家不和合性 / シロイヌナズナ / 受粉 / 花粉自家不和合性 / 自他認識 / 情報認識機構

研究開始時の研究の概要

本申請研究は、植物生殖の始まりである「受粉」について、その開始と終了の鍵を握るリガンド・レセプター情報認識機構を解明することを目的とする。「花粉識別後の花粉拒絶はどのようなメカニズムなのか？」「花粉発芽はどのように誘起されるのか？」を明らかにすることで、植物は如何にして種の存続と繁栄を両立する生殖を成し遂げているのか？という植物生殖の謎に一つの答えをだすとともに、受粉制御技術の情報基盤として植物育種の発展に貢献する。

研究成果の概要

植物生殖の様々な過程では、雌性配偶子と雄性配偶子間で様々な情報交換が行われ、それによって子孫を残すべきパートナーとの適切な生殖が達成されている。本研究では、植物生殖の初期ステップである「受粉」の開始と終了を司る情報認識機構に関する研究に取り組み、①花粉認識後の花粉吸水は、カルシウムイオン濃度の調整を介した吸水・脱水メカニズムによる能動的調整システムを花粉自身が有することを明らかにし、②花粉吸水に続く花粉発芽は、花粉自身が有するリガンドとレセプターがその誘起スイッチを司る可能性を見出した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

情報認識機構は、植物生殖における様々な過程で正しく子孫を残すために重要な役割を担っている。しかしその分子メカニズムについては明らかになっていないものが多く、本件研究が焦点を当てた植物生殖の初期ステップ「受粉」もその例に違わない。本研究では、受粉の最初と最後を司る情報認識機構の分子メカニズムの一端を明らかにするとともに、種苗産業界における安定的採種技術の確立のための情報基盤を提供した。

研究成果

• [国際共同研究] University of Zurich(スイス)
• [国際共同研究] Suncheon National University(韓国)
• [国際共同研究] University of Zurich(スイス)
• [国際共同研究] Suncheon National University(韓国)
• [国際共同研究] Sunchon National University(韓国)
• [国際共同研究] University of Zurich(スイス)
• [国際共同研究] University of Zurich(スイス)
• [雑誌論文] Small RNA-regulated dominance among polyploid subgenomes supports Haldane's sieve in evolution of self-compatibility. (2023)
  • 著者名/発表者名: Yew, C.-L., Tsuchimatsu, T., Shimizu-Inatsugi, R., Yasuda, S., Hatakeyama, M., Kakui, H., Ohta, T., Suwabe, K., Watanabe, M., Takayama, S., Shimizu, K. K.
  • 雑誌名: Nature Commun. 巻: 14 号: 1 ページ: 7618-7618
  • DOI: 10.1038/s41467-023-43275-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Spatiogenetic characterization of <i>S</i> receptor kinase (<i>SRK</i>) alleles in naturalized populations of <i>Raphanus sativus</i> L. var. <i>raphanistroides</i> on Yakushima island (2021)
  • 著者名/発表者名: Fukushima, K., Kanomata, T., Kon, A., Masuko-Suzuki, H., Ito, K., Ogata, S., Takada, Y., Komatsubara, Y., Nakamura, T., Watanabe, T., Koizumi, S., Sanuki, H., Park, J.-I., Niikura, S., Suwabe, K., Fujii, S., Murase, K., Takayama, S., Suzuki, G., and Watanabe, M.
  • 雑誌名: Genes & Genetic Systems 巻: 96 号: 3 ページ: 129-139
  • DOI: 10.1266/ggs.20-00066
  • NAID: 130008102461
  • ISSN: 1341-7568, 1880-5779
  • 年月日: 2021-06-01
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Two aquaporins, SIP1;1 and PIP1;2, mediate water transport for pollen hydration in the <i>Arabidopsis</i> pistil (2021)
  • 著者名/発表者名: Windari, E. A., Ando, M., Mizoguchi, Y., Shimada, H., Ohira, K., Kagaya, Y., Higashiyama, T., Takayama, S., Watanabe, M., and Suwabe, K.
  • 雑誌名: Ｐｌａｎｔ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 巻: 38 号: 1 ページ: 77-87
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.20.1207a
  • NAID: 130008002865
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • 年月日: 2021-03-25
  • 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
• [学会発表] Characterization of SRK alleles, a gene encoding the female determinant of self-incompatibility, in the natural population of radish (Raphanus sativus L. var raphanistroides) in Yakushima. (2020)
  • 著者名/発表者名: Fukushima, K., T. Kanomata, A. Kon, H. Masuko-Suzuki, Y. Takada, S. Ogata, Y. Komatsubara, T. Nakamura, T. Watanabe, S. Koizumi, H. Sanuki, J.I. Park, S. Niikura, M. Endo, S. Takayama, K. Suwabe, G. Suzuki and M. Watanabe
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会