陸上植物における生殖細胞分化の鍵メカニズムの解明

• 研究領域: 植物新種誕生の原理―生殖過程の鍵と鍵穴の分子実態解明を通じて―
• 研究課題/領域番号: 17H05841
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 山岡 尚平 京都大学, 生命科学研究科, 准教授 (00378770)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円); 2018年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2017年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
• キーワード: 生殖細胞 / 配偶子形成 / 転写因子 / 陸上植物 / ゼニゴケ / bHLH / 生殖器官 / 発生・分化 / 生殖系列

研究実績の概要

(1) BNB転写因子複合体の同定と機能解析：bHLHは一般に二量体形成して機能する。bHLH転写因子LRL/DROPもシロイヌナズナ花粉の精細胞形成に必要である(Zhang et al. Nat. Plants 2017)。LRLホモログはシロイヌナズナに５遺伝子、ゼニゴケに１遺伝子(MpLRL)あり、根系発生にも関わる(Breuninger et al. Curr. Biol. 2016)。本研究ではMpBNBとMpLRLの相互作用を示し、シロイヌナズナ転写因子ライブラリー(Mitsuda et al. PCP 2010)のスクリーニングによりBNB2とLRLの相互作用を示した（産総研・光田展隆博士との共同研究）。ゼニゴケのMpLRLノックアウト株は仮根形成に加え、MpBNB活性化による生殖器托形成を喪失した。したがって、LRLは多面的な機能をもち、BNBと結合して進化的に保存されたbHLH複合体を形成して生殖細胞分化に関わると考えられる。
(2) MpFGMYB/SUFによるゼニゴケ性分化の制御：MpBNBの標的候補の１つとして、メス特異的に発現する転写因子MpFGMYBを見出した。同遺伝子座の逆鎖ではSUFと名付けたノンコーディングRNAがオスで高発現していた。奈良先端大・中島敬二グループとの共同研究により、MpFGMYB/SUFは「双方向性の転写スイッチ」としてゼニゴケの性分化をコントロールしており、X染色体下ではMpFGMYBが発現してメス化を、Y染色体下ではSUFがMpFGMYBの転写をin cisで抑制することでオス化を引き起こすことを示した(Hisanaga et al., EMBO J. 2019)。
(3)　MpBNBの標的遺伝子の機能解析：MpBNBの標的候補のひとつメチル基転移酵素遺伝子がゼニゴケ葉状体の発生制御に関わることを見出した。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] A cis-acting bidirectional transcription switch controls sexual dimorphism in the liverwort. (2019)
  • 著者名/発表者名: Hisanaga T, Okahashi K, Yamaoka S, Kajiwara T, Nishihama R, Shimamura M, Yamato KT, Bowman JL, Kohchi T, Nakajima K.
  • 雑誌名: EMBO J. 巻: 38 号: 6
  • DOI: 10.15252/embj.2018100240
  • NAID: 120006547401
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Loss of CG Methylation in Marchantia polymorpha Causes Disorganization of Cell Division and Reveals Unique DNA Methylation Regulatory Mechanisms of Non-CG Methylation. (2018)
  • 著者名/発表者名: Ikeda Y, Nishihama R, Yamaoka S, Arteaga-Vazquez MA, Aguilar-Cruz A, Grimanelli D, Pogorelcnik R, Martienssen RA, Yamato KT, Kohchi T, Hirayama T, Mathieu O.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 12 ページ: 2421-2431
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy161
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Generative Cell Specification Requires Transcription Factors Evolutionarily Conserved in Land Plants (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamaoka, S., Nishihama, R., Yoshitake, Y., Ishida, S., Inoue, K., Saito, M., Okahashi, K., Bao, H., Nishida, H., Yamaguchi, K., Shigenobu, S., Ishizaki, K., Yamato, K.T., and Kohchi, T.
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 28 号: 3 ページ: 479-486
  • DOI: 10.1016/j.cub.2017.12.053
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Insights into Land Plant Evolution Garnered from the Marchantia polymorpha Genome. (2017)
  • 著者名/発表者名: Bowman J, Kouchi T,..(106名）..Yokoyama R, ..(4名)
  • 雑誌名: Cell 巻: 171 号: 2 ページ: 287-304
  • DOI: 10.1016/j.cell.2017.09.030
  • NAID: 120006353839
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Gibberellin Precursor Is Involved in Sexual Organ Formation in the Liverwort Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Rui Sun, Ran Wang, Ryunosuke Kusunoki, Keisuke Inoue, Ryuichi Nishihama, Shohei Yamaoka, Takayuki Kohchi
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] メチル基転移酵素ファミリー遺伝子による苔類ゼニゴケの生殖器官形成の制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 川村昇吾，山岡尚平，楠龍之介，Rui Sun，西浜竜一，河内孝之
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 苔類ゼニゴケにおけるX染色体上の性決定遺伝子の探索 (2019)
  • 著者名/発表者名: 岩崎美雪，山岡尚平，梶原智明，宮﨑基，末次憲之，吉竹良洋，西浜竜一，大和勝幸，河内孝之
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] MpBONOBO転写複合体による苔類ゼニゴケの生殖器官形成の制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 齊藤美咲，山岡尚平，吉竹良洋，光田展隆，西浜竜一，河内孝之
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 異所的な分裂組織を形成するゼニゴケeda1変異体の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 毛利遊野，大谷健人，山岡尚平，西浜竜一，河内孝之，高橋卓，本瀬宏康
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] ゼニゴケMarchantiapolymorphaと珪藻Nitzschiasp.NIES4239のゲノム解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 望月孝子，谷澤靖洋，山岡尚平，西浜竜一，金澤建彦，Sean A. Montgomery，Chang Liu， Bence Galik，Frederic Berger，上田貴志，大和勝幸，河内孝之，谷藤吾朗，神川龍馬，中村保一
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 陸上植物の生殖細胞分化に必要な転写因子BONOBOの同定と標的遺伝子の探索 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山岡尚平, 西浜竜一, 吉竹良洋, 石田咲子, 井上佳祐, 齋藤美咲, 岡橋啓太郎, 包昊南, 西田浩之, 山口勝司, 重信秀治, 石崎公庸, 大和勝幸, 河内孝之
  • 学会等名: 日本植物学会第82回大会
• [学会発表] ゼニゴケにおけるDNAメチル化制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 池田陽子, 西浜竜一, 山岡尚平, ARTEAGA‐VAZQUEZ Mario. A, GRIMANELLI Daniel, MARTIENSSEN Robert A., POGORELCNIK Romain, MATHIEU Olivier, 大和勝幸, 河内孝之, 平山隆志
  • 学会等名: 日本植物学会第82回大会
• [学会発表] 母性遺伝メカニズムの解明に向けたクラミドモナス有性生殖のゲノム編集アプローチ (2018)
  • 著者名/発表者名: 浜地貴志, 山岡尚平, 鹿内利治, 西村芳樹
  • 学会等名: 日本植物学会第82回大会
• [学会発表] 転写因子BONOBOの機能に必要な相互作用因子の同定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 齊藤美咲, 山岡尚平, 吉竹良洋, 光田展隆, 西浜竜一, 河内孝之
  • 学会等名: 日本植物学会第82回大会
• [学会発表] クローナル解析で究明する苔類ゼニゴケの無性芽発生パターンとオーキシン受容体MpTIR1の役割 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鈴木秀政, HARRISON Jill, 嶋村正樹, 山岡尚平, 河内孝之, 西浜竜一
  • 学会等名: 日本植物学会第82回大会
• [学会発表] 転写因子BONOBOは陸上植物の生殖系列細胞の分化に必要である (2018)
  • 著者名/発表者名: 山岡尚平, 西浜 竜一, 吉竹良洋, 石田咲子, 井上佳祐, 齊藤美咲, 岡橋啓太郎, 包昊南, 西田 浩之, 山口勝司, 重信秀治, 石崎公庸, 大 和勝幸, 河内孝之
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] ゼニゴケ・ゲノムにおける植物ホルモン生合成・シグナル伝達系遺伝子 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山岡尚平, 西浜竜一, 石崎公庸, 大和勝幸, 河内孝之
  • 学会等名: 日本農芸化学会2017年度大会
• [学会発表] Gibberellin-independent functional conservation of DELLA protein in the basal land plant Marchantia polymorpha (2018)
  • 著者名/発表者名: Rui Sun, 井上佳祐, 楠竜之介, 山岡尚平, 西浜竜一, 河内孝之
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 苔類ゼニゴケ再生過程におけるMpESRの機能解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 石田咲子, 山岡尚平, 山口勝司, 重信秀治, 小嶋美紀子, 竹林裕美子, 榊原均, 河内孝之, 西浜竜一
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Exploring the physiological functions of gibberellin (GA)-related diterpenes in the liverwort Marchantia polymorpha (2018)
  • 著者名/発表者名: Rui Sun, 井上佳祐, 楠竜之介, 山岡尚平, 西浜竜一, 河内孝之
  • 学会等名: 日本農芸化学会2017年度大会
• [学会発表] 枝状突起を形成する新奇ゼニゴケ変異体eda1の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 毛利遊野，大谷健人，山岡尚平，西浜竜一，河内孝之，高橋卓，本瀬宏康
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Marpolbase: ゼニゴケゲノムデータベースの構築 (2018)
  • 著者名/発表者名: 望月孝子，谷澤靖洋，長崎英樹，山岡尚平，西浜竜一，金澤建彦，上田貴志，大和勝幸，河内孝之， 中村保一
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] BONOBOs Are Evolutionarily Conserved Transcription Factors for Germ Cell Fate Determination in Land Plants (2017)
  • 著者名/発表者名: Shohei Yamaoka, Ryuichi Nishihama, Yoshihiro Yoshitake, Sakiko Ishida, Keisuke Inoue, Misaki Saito, Keitaro Okahashi, Haonan Bao, Hiroyuki Nishida, Katsushi Yamaguchi, Shuji Shigenobu, Kimitsune Ishizaki, Katsuyuki T. Yamato, Takayuki Kohchi
  • 学会等名: The 65th NIBB Conference Renaissance of Marchantia polymorpha ‐the genome and beyond‐
  • 国際学会
• [学会発表] The transcription factor BONOBO controls sexual organ development in the basal land plant Marchantia polymorpha(基部陸上植 物ゼニゴケにおいて転写因子 BONOBO は生殖器官形成を統御する) (2017)
  • 著者名/発表者名: Shohei Yamaoka, Keisuke Inoue, Ryuichi Nishihama, Katsushi Yamaguchi, Shuji Shigenobu, Kimitsune Ishizaki, Katsuyuki T. Yamato, Takayuki Kohchi
  • 学会等名: 50th Annual Meeting of the Japanese Society of Developmental Biologists
• [学会発表] The sole auxin receptor gene MpTIR1 is dispensable for cell survival but required for development in the liverwort Marchantia polymorpha (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木秀政, 加藤大貴, 山岡尚平, 西浜 竜一、河内 孝之
  • 学会等名: 日本農芸化学会2017年度大会
• [学会発表] The sole auxin receptor gene MpTIR1 is dispensable for cell survival but required for development in the liverwort Marchantia polymorpha (2017)
  • 著者名/発表者名: Hidemasa Suzuki, Hirotaka Kato, Shohei Yamaoka, Ryuichi Nishihama, Takayuki Kohchi
  • 学会等名: The 65th NIBB Conference Renaissance of Marchantia polymorpha ‐the genome and beyond‐
  • 国際学会
• [学会発表] A long non-coding RNA module for sex differentiation in the liverwort Marchantia polymorpha (2017)
  • 著者名/発表者名: Keitaro Okahashi, Tetsuya Hisanaga, Shohei Yamaoka, Ryuichi Nishihama, Keiji Nakajima, Takayuki Kohchi
  • 学会等名: The 65th NIBB Conference Renaissance of Marchantia polymorpha ‐the genome and beyond‐
  • 国際学会
• [学会発表] Tissue regeneration is associated with temporal changes in the levels of auxin and gene expression in Marchantia polymorpha (2017)
  • 著者名/発表者名: Sakiko Ishida, Shohei Yamaoka, Mikiko Kojima, Yumiko Takebayashi, Hitoshi Sakakibara, Katsushi Yamaguchi, Shuji Shigenobu, Takayuki Kohchi and Ryuichi Nishihama
  • 学会等名: The 65th NIBB Conference Renaissance of Marchantia polymorpha ‐the genome and beyond‐
  • 国際学会
• [学会発表] Ancient functions and regulation of the Marchantia polymorpha protein DELLA before recruited to gibberellin signaling in land plant evolution (2017)
  • 著者名/発表者名: Rui Sun, 井上佳祐, 楠竜之介, 山岡尚平, 西浜竜一, 河内孝之
  • 学会等名: The 65th NIBB Conference Renaissance of Marchantia polymorpha ‐the genome and beyond‐
  • 国際学会
• [学会発表] MpFGMYBはゼニゴケの雌性分化を制御する (2017)
  • 著者名/発表者名: 久永 哲也, 岡橋 啓太郎, 山岡 尚平, 西浜 竜一, 郷 達明, 河内 孝之, 中島 敬二
  • 学会等名: 日本植物学会第81回大会
• [学会発表] ノンコーディングRNAを介したゼニゴケの性分化制御 (2017)
  • 著者名/発表者名: 岡橋 啓太郎, 久永 哲也, 山岡 尚平, 西浜 竜一, 中島 敬二, 河内 孝之
  • 学会等名: 日本植物学会第81回大会
• [学会発表] 核オーキシンシグナリングによるゼニゴケ幹細胞機能調節 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 秀政, 加藤 大貴, 片山 みなみ, 灰庭 瑛実, 山岡 尚平, 西浜 竜一, 河内 孝之
  • 学会等名: 日本植物学会第81回大会
• [図書] 京大発!フロンティア生命科学 第12章 形づくりの不思議 動物・植物の発生 12.2節 植物の発生 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山岡尚平
  • 総ページ数: 333
  • 出版者: 講談社
• [図書] 京大発!フロンティア生命科学 第13章 体を守るしくみ 動物と植物の生体防御機構 13.2節 植物の 病害抵抗性の分子機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山岡尚平
  • 総ページ数: 333
  • 出版者: 講談社
• [備考] 植物の生殖細胞をつくる鍵因子を発見-花粉の精細胞をつくる仕組みは花の咲かないコケ植物に起源があった-
  • URL: http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2017/180126_1.html
• [備考] 植物の生殖細胞をつくる鍵因子を発見
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/analyins/jp/?p=4723
• [備考] 京都大学、植物の生殖細胞をつくる鍵因子を発見
  • URL: https://bio.nikkeibp.co.jp/atcl/release/18/01/29/04986/