陸上植物の雌雄生殖細胞分化を担う鍵メカニズムの解析

• 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: 19H04860
• 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): 2019-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 中途終了 (2020年度)
• 配分額: 8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円); 2020年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2019年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
• 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 / 生殖細胞分化

研究開始時の研究の概要

本研究では、被子植物における卵をはじめとする配偶体細胞の分化と、配偶体の性分化を担うメカニズムを明らかにするため、１）シロイヌナズナのBNB転写因子ファミリーの一員であるBNLの機能を明らかにし、転写複合体形成について調べ、BNLが雌性生殖細胞分化の鍵因子である可能性を検証する。またゼニゴケとの比較により、BNBファミリーの機能の進化について調べる。２）BNBファミリーの標的・下流遺伝子をゼニゴケとシロイヌナズナで比較し、生殖細胞分化メカニズムの全容と進化について調べる。３）BNBファミリーが配偶体の性分化にどのように関わるかを調べる。

研究実績の概要

陸上植物において、雌雄の配偶子および配偶体細胞の分化と、その性分化を担うメカニズムは未解明の部分が多い。代表者はこれまで、BONOBO (BNB)と名付けたbHLH転写因子ファミリーが陸上植物に共通する生殖細胞分化に必要な鍵因子であり、被子植物ではその機能は少なくとも雄側で保存されていることを示した (Yamaoka et al., Curr. Biol. 2018)。また、BNBは別のbHLH転写因子ファミリーLRL/DROP (Zhang et al., Nat. Plants 2017) と進化的に保存されたヘテロ二量体を形成して生殖細胞分化に関わるという示唆を得た。本研究では、BNB-LRL/DROP転写因子複合体による雌雄の生殖細胞分化の制御メカニズムの全体像とその進化について解明を目指す。今年度の成果は以下のとおりである。
(1) BNB転写因子複合体の機能解析：ゼニゴケMpBNB-Citrineノックイン株 (Yamaoka et al., Curr. Biol. 2018) において、ゲノム編集によりMpLRLをノックアウトしたところ、配偶子器始原細胞の分化がみられなくなった。このことから、MpLRLは配偶子器始原細胞の分化と生殖器托形成に必要であり、ゼニゴケのMpBNB-MpLRL複合体は生殖始原細胞分化を統御すると考えられる。
(2) 雌性生殖細胞分化の鍵因子の同定：ゲノム編集により、候補であるシロイヌナズナのBNB-LIKE (BNL) (Yamaoka et al., Curr. Biol. 2018)のノックアウト株を多数得たが、いずれも雌性配偶体の分化に顕著な影響がみられなかった。被子植物のBNBの機能は、雄性配偶子形成のみで進化的に保存されており、雌性配偶子形成では別のメカニズムが主要な役割を担っている可能性がある。

現在までの達成度 (段落)

令和2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2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] Development and Molecular Genetics of Marchantia polymorpha. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kohchi T, Yamato KY, Ishizaki K, Yamaoka S, Nishihama R.
  • 雑誌名: Annu. Rev. Plant Biol. 巻: 72 号: 1 ページ: 677-702
  • DOI: 10.1146/annurev-arplant-082520-094256
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chromatin Organization in Early Land Plants Reveals an Ancestral Association between H3K27me3, Transposons, and Constitutive Heterochromatin (2020)
  • 著者名/発表者名: Montgomery SA, Tanizawa Y, Galik B, Wang N, Ito T, Mochizuki T, Akimcheva S, Bowman JL, Cognat V, Drouard L, Ekker H, Houng SF, Kohchi T, Lin SS, Liu LYD, Nakamura Y, Valeeva LR, Shakirov EV, Shippen DE, Wei WL, Yagura M, Yamaoka S, Yamato KT, Liu C, Berger F.
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 30 号: 4 ページ: 573-588
  • DOI: 10.1016/j.cub.2019.12.015
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 陸上植物の配偶子形成の分子メカニズムとその進化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山岡 尚平、河内 孝之、荒木 崇
  • 雑誌名: 生化学 巻: 91 号: 4 ページ: 534-539
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2019.910534
  • NAID: 40022022830
  • ISSN: 0037-1017
  • 年月日: 2019-08-25
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Regulation of the Poly(A) Status of Mitochondrial mRNA by Poly(A)-Specific Ribonuclease Is Conserved among Land Plants (2019)
  • 著者名/発表者名: Kanazawa Mai、Ikeda Yoko、Nishihama Ryuichi、Yamaoka Shohei、Lee Nam-Hee、Yamato Katsuyuki T、Kohchi Takayuki、Hirayama Takashi
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 61 号: 3 ページ: 470-480
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz212
  • NAID: 120006900804
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] An Early Arising Role of the MicroRNA156/529-SPL Module in Reproductive Development Revealed by the Liverwort Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Tsuzuki Masayuki、Futagami Kazutaka、Shimamura Masaki、Inoue Chikako、Kunimoto Kan、Oogami Takashi、Tomita Yuki、Inoue Keisuke、Kohchi Takayuki、Yamaoka Shohei、Araki Takashi、Hamada Takahiro、Watanabe Yuichiro
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 29 号: 19 ページ: 3307-3314
  • DOI: 10.1016/j.cub.2019.07.084
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Building new insights in plant gametogenesis from an evolutionary perspective (2019)
  • 著者名/発表者名: Hisanaga Tetsuya、Yamaoka Shohei、Kawashima Tomokazu、Higo Asuka、Nakajima Keiji、Araki Takashi、Kohchi Takayuki、Berger Fr?d?ric
  • 雑誌名: Nature Plants 巻: 5 号: 7 ページ: 663-669
  • DOI: 10.1038/s41477-019-0466-0
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] ゼニゴケから花粉の雄性配偶子形成のメカニズムを知る (2021)
  • 著者名/発表者名: 山岡 尚平
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会・関連集会「植物生殖改変ワークショップ」
• [学会発表] シロイヌナズナの雄原細胞の取り込みに関わるGH17メンバーの解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 海老根 一生，山岡 尚平，上田 貴志
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 苔類ゼニゴケの遠赤色光・日長依存的な成長相転換の分子機構の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 金坂 侑紀，井上 佳祐，山岡 尚平，荒木 崇
  • 学会等名: 第62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ジベレリンを介した生殖器官形成のフィードバック制御 (2021)
  • 著者名/発表者名: 川村 昇吾， Rui Sun，吉竹 良洋，楠 龍之介，西浜 竜一，山岡 尚平，河内 孝之
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] ゼニゴケの精子形成における精細胞特異的ヒストンH1バリアントの役割 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小谷 莞太，西田 瑠理，肥後 あすか，山岡 尚平，井上 佳祐，荒木 崇
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] ゼニゴケにおけるR2R3-MYB転写因SHOTGLASSの機能解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 酒井 友希，高見 英幸，塚本 成幸，山岡 尚平，近藤 侑貴，深城 英弘，三村 徹郎，石崎 公庸
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] ゼニゴケにおける植物特異的BZR転写因子の役割 (2021)
  • 著者名/発表者名: 古谷 朋之，山岡 尚平，石崎 公庸，西浜 竜一，荒木 崇，河内 孝之，福田 裕穂，近藤 侑貴
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] ゼニゴケの新規DNAメチル化制御機構：植物と動物の狭間で (2020)
  • 著者名/発表者名: 池田 陽子，十川 太輔，西浜 竜一，山岡 尚平，荒木 崇，河内 孝之，平山 隆志，大和 勝幸
  • 学会等名: 日本植物学会第84回大会
• [学会発表] 陸上植物系統において真核生物型DNAリガーゼIが葉緑体局在を獲得した分子基盤 (2020)
  • 著者名/発表者名: 浜地 貴志，小林 優介，山岡 尚平，鹿内 利治，西村 芳樹
  • 学会等名: 日本植物学会第84回大会
• [学会発表] シロイヌナズナの雄原細胞形成に関わるGH17メンバーの解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 海老根 一生，山岡 尚平，上田 貴志
  • 学会等名: 日本植物学会第84回大会
• [学会発表] ゼニゴケ側生器官形成を制御するMYB転写因子GCAM2の機能解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 酒井 友希，高見 英幸，塚本 成幸，山岡 尚平，増田 晃秀，深城 英弘，三村 徹郎，河内 孝之，石崎 公庸
  • 学会等名: 日本植物学会第84回大会
• [学会発表] アンチセンス長鎖非コードRNA SUFを介した苔類ゼニゴケの性分化制御機構の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 梶原 智明，宮崎 基，岩﨑 美雪，山岡 尚平，吉竹 良洋，安居 佑希子，西浜 竜一，河内 孝之
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Analysis of GH17 members regulating engulfment of the generative cell into the vegetative cell in Arabidopsis (2020)
  • 著者名/発表者名: Ebine K, Yamaoka S, Ueda T.
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Deep evolutionary origin of gamete-directed zygote activation by KNOX/BELL transcription factors in green plants (2020)
  • 著者名/発表者名: Hisanaga T, Fujimoto S, Cui Y, Sato K, Yamaoka S, Kohchi K, Berger F, Nakajima K.
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Analysis of germ cell-specific histone H1 variants involved in spermiogenesis in Marchantia (2020)
  • 著者名/発表者名: Kotani K, Nishida R, Higo A, Yamaoka S, Inoue K, Araki T.
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Chromosome-level genome assembly of liverwort Marchantia polymorpha and updates of the genome database MarpolBase (2020)
  • 著者名/発表者名: Tanizawa Y, Yagura M, Sakamoto M, Mochizuki T, Montgomery SA, Galik B, Yamaoka S, Nishihama R, Yamato KT, Kohchi T, Berger F, Liu C, Nakamura Y.
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Evolutionary Scenario behind Bacterial-to-Eukaryotic Takeover of Chloroplast DNA Ligase Function in Land Plants (2020)
  • 著者名/発表者名: Hamaji T, Kobayashi Y, Yamaoka S, Shikanai T, Nishimura Y.
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] フィトクロムを介した遠赤色光シグナルはゼニゴケの生殖器官形成を制御する (2019)
  • 著者名/発表者名: 井上 佳祐、金坂 侑紀、山岡 尚平、西浜 竜一、河内 孝之、荒木 崇
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
• [学会発表] ゼニゴケの生殖器官形成における光質と日長の役割 (2019)
  • 著者名/発表者名: 金坂 侑紀，井上 佳祐，山岡 尚平，西浜 竜一，河内 孝之，荒木 崇
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
• [学会発表] 緑色植物における葉緑体DNAリガーゼのバクテリア型から真核生物型への機能移譲 (2019)
  • 著者名/発表者名: 浜地 貴志，小林 優介，山岡 尚平，鹿内 利治，西村 芳樹
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
• [学会発表] アンチセンスlong non-coding RNA SUFによる苔類ゼニゴケ雌性化因子MpFGMYB の発現抑制メカニズムの解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 梶原 智明，岡橋 啓太郎，久永 哲也，岩_ 美雪，宮崎 基，山岡 尚平，西浜 竜一，嶋村 正樹，大和 勝幸，中島 敬二，河内 孝之
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
• [学会発表] A histidine kinase MpCKI1 plays a role in female sexual development in Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: 包 昊南，吉竹 良洋，山岡 尚平，西浜 竜一，河内 孝之
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
• [学会発表] SABATH ファミリー遺伝子を介した生殖器官形成の抑制 (2019)
  • 著者名/発表者名: 川村 昇吾，山岡 尚平，Rui Sun，楠 龍之介，西浜 竜一，河内 孝之
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
• [学会発表] Evolutionarily Conserved Transcription Factors Involved in Gametangium Development in Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamaoka S, Inoue K, Saito M, Yoshitake Y, Nishihama R, Kohchi T, Araki T.
  • 学会等名: Marchantia Workshop 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Bacterial-to-Eukaryotic Takeover of Chloroplast DNA Ligase Function in Land Plants (2019)
  • 著者名/発表者名: Hamaji T, Kobayashi Y, Yamaoka S, Shikanai T, Nishimura Y.
  • 学会等名: Marchantia Workshop 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis of the Mechanism How Antisense lncRNA SUF Represses the Female Promoting Factor MpFGMYB in Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Kajiwara T, Okahashi K, Hisanaga T, Miyazaki M, Iwasaki M, Yamaoka S, Nishihama R, Shimamura M, Yamato KT, Nakajima K, Kohchi T.
  • 学会等名: Marchantia Workshop 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Regulation of Sexual Organ Development by Methyltransferase of Gibberellin-Related Compounds in Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Kawamura S, Yamaoka S, Sun R, Yoshitake Y, Nishihama R, Kohchi T.
  • 学会等名: Marchantia Workshop 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Update of MarpolBase to accommodate ver. 5.1 gene annotation (2019)
  • 著者名/発表者名: Tanizawa Y, Yagura M, Sakamoto M, Mochizuki T, Montgomery SA, Galik B, Yamaoka S, Yamato KT, Kohchi T, Nakamura Y, Liu C, Berger F.
  • 学会等名: Marchantia Workshop 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Tissue Specificity of Far-Red Light Signaling Pathway in Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Morisaki R, Yoshitake Y, Inoue K, Yamaoka S, Nishihama R, Kohchi T.
  • 学会等名: Marchantia Workshop 2019
  • 国際学会
• [学会発表] The DELLA Protein Regulates Growth and Far-Red Light Response in the Liverwort Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Sun R, Hernandez-Garcia J, Inoue K, Yamaoka S, NishihamaR, Bl_zquez MA, Kohchi T.
  • 学会等名: Marchantia Workshop 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Exploring the Function of the miR390-TAS3-ARF Pathway in Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Hung YL, Chien YC, Hainiwa E, Sun R, Yamaoka S, Nishihama R, Kohchi T, Wang CN.
  • 学会等名: Marchantia Workshop 2019
  • 国際学会
• [図書] 中村 千春・岡田 清孝 監訳 エッセンシャル遺伝学・ゲノム学 第７版 「１１章 発生の遺伝的制御」 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大澤 志津江、山岡 尚平
  • 出版者: 化学同人
• [備考] 「陸上植物における配偶子形成とその進化」に関する総説を発表
  • URL: https://www.lif.kyoto-u.ac.jp/j/?post_type=research&p=12138