| 研究課題/領域番号 |
22K15146
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分44030:植物分子および生理科学関連
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| 研究機関 | 立教大学 |
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研究代表者 |
小田原 瑛美子 (養老瑛美子) 立教大学, 理学部, 助教 (40802054)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
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| キーワード | コケ植物 / ヒメツリガネゴケ / 雌雄決定 / 転写因子 / 生殖発生 / 生殖器官 / RKD |
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| 研究開始時の研究の概要 |
植物は、動物とは異なる多様な性表現を示す。少なくとも被子植物では、性起源は両性花を着生する両全性とされ、限られた雌雄異株性の数種で性決定遺伝子が同定されている。一方、コケ植物では被子植物に比べて雌雄異株の種が多く、雌雄異株を起源として雌雄同株化が後で生じた可能性が高い。雌雄同株で、尚且つ、同一茎頂に雌雄両方の生殖器官を形成するヒメツリガネゴケにおいて、生殖器官の雌雄の運命決定機構の大部分は未解明である。研究代表者は既に、ヒメツリガネゴケ生殖器官の雌化のマスター因子を見出した。本研究では、この雌化のマスター因子の機能を足がかりとして、ヒメツリガネゴケの生殖器官の雌雄決定機構の解明を目指す。
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| 研究実績の概要 |
植物は多様な性表現を示すが、なかでもコケ植物は他の陸上植物と比較して、雌雄異株の種が多く、雌雄異株と雌雄同株を高頻度で切り替えてきた可能性がある。本研究対象の雌雄同株のヒメツリガネゴケは、同一茎頂に雌雄両方の生殖器官を発生させるが、その雌雄決定機構は未解明であった。研究代表者は、雌化のマスター因子PpRKDを同定しており、PpRKDを足がかりとして雌雄決定の分子機構解明を目指した。PpRKDの変異株や異所的発現株の表現型解析、PpRKD転写因子の下流標的遺伝子の同定、およびその進化的な機能保存性を検証することを目指した。
既に、PpRKDの機能欠損変異株は完全に雄化し、雌の造卵器が発生しないこと、PpRKD遺伝子は造卵器で特異的に発現することを見出していた。この遺伝子発現パターンとよく一致して、PpRKD異所的発現誘導株は、本来雄である造精器が発生する場所で雌様の造卵器が発生することを見出した。このPpRKD異所的発現誘導株の発生初期の生殖器官を、共焦点レーザー顕微鏡を用いて詳しく観察し、PpRKDの異所的な発現によって雌の発生運命を決める三面切り出しタイプの細胞分裂を誘導することを見出した。PpRKD異所的発現誘導株を用いたRNA-seq解析を実施し、下流遺伝子候補を同定した。さらに、下流遺伝子のプロモーター領域を取得し、PpRKDのオルソログであるシロイヌナズナRKDの既知のシス配列を用いて、下流遺伝子のうち、PpRKDの直接の標的下流遺伝子候補の絞り込みを行った。予測シス領域を実際にPpRKDが標的とするか否かを確かめるため、シス配列をクローニングし、プロトプラストを用いたDual Lucアッセイの系を立ち上げた。さらに、陸上植物に近縁なストレプト藻類のRKD相同遺伝子の系統解析、および相補実験を通して、PpRKDのN末端モチーフが雌化に重要であることを同定した。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
2: おおむね順調に進展している
理由
雌化のマスター因子のレポーター遺伝子ノックイン株の観察結果、異所的発現誘導株で見られた雌雄の生殖器官の定量結果、共焦点レーザー顕微鏡による切り出し面の観察などをまとめて、論文として報告することができた(Yoro et al., 2025)。RNA-seq解析による下流の遺伝的経路の解析、進化的な機能保存性に関する研究については、続報として今後まとめていく方針である。申請時に計画していた実験は概ね問題なく進行している。
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| 今後の研究の推進方策 |
一つ目に、PpRKD転写因子が制御する下流の標的遺伝子を同定する。その下流遺伝子は、雌化の発生プログラムを駆動する実働因子であり、雌雄差をもたらす分子機構に迫れると考えている。そのため下流遺伝子候補のシス領域をクローニングし、Dual Lucアッセイを進めることで、実際にPpRKDの標的下流遺伝子であるかを確かめる。
二つ目に、進化的な観点から陸上植物に近縁なストレプト藻類のRKD相同遺伝子をヒメツリガネゴケに導入する相補実験を実施してきた。その過程で、N末端のモチーフが雌化に重要であることを見出した。一つ目のDual Lucアッセイを用い、ストレプト藻類のRKD相同遺伝子の転写活性化、およびN末端モチーフ欠失タイプのPpRKDを用いることで、N末モチーフの有無とDNA結合特異性の関係についても解析していく予定である。PpRKDが属するRWP-RK転写因子ファミリーは、植物特異的な転写因子であるが、性決定や生殖細胞の分化に関わる因子が多数、様々な系統で同定されている。系統解析とモチーフ解析を行うことで、RKD遺伝子の起源的機能やその進化的な機能の変遷、共通する標的遺伝子等を解明していく予定である。
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