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アブラナ科の自他花粉識別における生理応答機構の可逆性の解明

公募研究

研究領域植物の成長可塑性を支える環境認識と記憶の自律分散型統御システム
研究課題/領域番号 18H04776
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
研究機関東京大学

研究代表者

藤井 壮太  東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 助教 (90716713)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
10,270千円 (直接経費: 7,900千円、間接経費: 2,370千円)
2019年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2018年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
キーワード自家不和合性 / 受粉 / ライブイメージング / シミュレーション / 進化 / シグナル伝達 / 可逆性 / 自他識別 / 数理モデル
研究実績の概要

1)自家不和合性の可逆的細胞応答反応の解明
アブラナ科植物では花粉側因子SP11と雌蕊側因子SRKとの直接的な相互作用により、自他識別が行われる.自己と非自己をひとつの雌蕊乳頭細胞に同時に受粉した場合、非自己花粉は拡散性シグナルの影響を受けて発芽遅延する.一方自己花粉はそのまま不可逆的に発芽が抑制される.従って自家不和合性反応ではシグナルの拡散性と局所性が混在している.この研究ではシグナルの持続時間や空間的な広がりを理解することで、植物の局所応答と記憶のつながりについて基礎知見を得たい.
SRKのライブイメージングから、SRKがダイマー化して自家受粉のシグナル伝達を行うことが示唆された.一方、なぜ自己花粉が局所的にリジェクトされるのかについては明確な結果を得られていない.しかし、他の研究から花粉を受け入れるためには花粉と雌蕊間の局所的な応答性が重要であることが示唆された(Fujii et al Nature Plants 2019).SRKによる自己花粉排除機構は、このような受け入れ機構を阻害している可能性があると考えられた.
2)局所細胞応答が集団の進化に与えるインパクトのシミュレーション
自家不和合性は自他識別機構であり、集団中で機能する.本研究では実験で観察された細胞反応の性質や、自家不和合性反応の強弱を数理モデルに組み込んだ.このモデルを用いて、これまで分野で長年の謎として残ってきた問い「どのようにして新しいSハプロタイプが誕生するのか」について検証した.その結果、自家不和合性が適度に弱い状況でのみ新しいSハプロタイプが誕生することができ、さらにS対立遺伝子間の優劣性が重要な役割を担っていることが明らかになってきた.関連して、シロイヌナズナの多くの系統のSRKは逆位反復配列が生じる形で機能が壊れており、この構造が対立側のSRKアリルの発現を抑制することを明らかにした(Fujii et al Nature Communications 2020).

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Parallel evolution of dominant pistil-side self-incompatibility suppressors in Arabidopsis2020

    • 著者名/発表者名
      Fujii Sota、Shimosato-Asano Hiroko、Kakita Mitsuru、Kitanishi Takashi、Iwano Megumi、Takayama Seiji
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 11 号: 1 ページ: 1404-1404

    • DOI

      10.1038/s41467-020-15212-0

    • NAID

      120006840746

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Expanding the RNase world2020

    • 著者名/発表者名
      Fujii Sota、Takayama Seiji
    • 雑誌名

      Nature Plants

      巻: 6 号: 2 ページ: 53-54

    • DOI

      10.1038/s41477-020-0596-4

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A stigmatic gene confers interspecies incompatibility in the Brassicaceae2019

    • 著者名/発表者名
      Fujii Sota、Tsuchimatsu Takashi、Kimura Yuka、Ishida Shota、Tangpranomkorn Surachat、Shimosato-Asano Hiroko、Iwano Megumi、Furukawa Shoko、Itoyama Wakana、Wada Yuko、Shimizu Kentaro K.、Takayama Seiji
    • 雑誌名

      Nature Plants

      巻: 5 号: 7 ページ: 731-741

    • DOI

      10.1038/s41477-019-0444-6

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Molecular identification of the causal locus for the petaloid phenotype in <i>Daucus carota</i>2019

    • 著者名/発表者名
      Sota Fujii, Yoko Shiroto
    • 雑誌名

      Breeding Science

      巻: 69 号: 1 ページ: 186-188

    • DOI

      10.1270/jsbbs.18120

    • NAID

      130007636134

    • ISSN
      1344-7610, 1347-3735
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 被子植物における自他の花粉の識別システムおよびその進化の動態2018

    • 著者名/発表者名
      藤井壮太, 高山誠司
    • 雑誌名

      領域融合レビュー

      巻: 7 ページ: e006

    • DOI

      10.7875/leading.author.7.e006

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] ゲノムワイド関連解析による 異種花粉識別分子の発見2019

    • 著者名/発表者名
      藤井壮太
    • 学会等名
      種生物学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] A molecular mechanism that rejects pollen from foreign species2019

    • 著者名/発表者名
      Sota Fujii
    • 学会等名
      International Symposium on the Future Direction of Plant Science by Young Researchers
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 異種の花粉を選択的に排除する分子メカニズム2019

    • 著者名/発表者名
      藤井壮太
    • 学会等名
      日本分子生物学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2021-01-27  

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