父性転写因子による受精卵の発生誘導および異質倍数性受精卵の発生機構

• 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: 19H04868
• 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: 東京都立大学
• 研究代表者: 岡本 龍史 東京都立大学, 理学研究科, 教授 (50285095)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (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: 受精 / 卵細胞 / 精細胞 / 受精卵 / 異質倍数性 / 父性転写因子 / イネ / コムギ / 異種交雑

研究開始時の研究の概要

雌雄配偶子ゲノムが協調的に機能することによって受精卵は正常に発生する。本課題では、同質および異質交雑受精卵の発生機構を解析することにより、受精卵発生機構および異種間軋轢による胚発生不全機構を解明することを目的として、次の研究を遂行する。 (1) OsASGR-BBML1により発現制御を受けている遺伝子群を同定し、受精卵の初期発生過程における転写因子カスケードの実体に迫る。(2) 発生が進行する交雑正常胚と発生が停止してしまう交雑不全胚における異種ゲノムの保持状態を解析し、異質受精卵の発生機構の一端を明らかする。(3) 卵細胞の受精非依存的な分裂・発生機構を解明し、受精卵発生への理解に繋げる。

研究実績の概要

雌雄配偶子ゲノムが協調的に機能することによって受精卵は正常に発生する。本課題では、同質および異質受精卵の発生機構を解析することにより、受精卵発生機構および異種間軋轢による胚発生不全機構を解明することを目的として、次の研究を遂行した。
(1) OsASGR-BBML1の標的遺伝子群の同定および受精卵初期発生過程における転写因子カスケード：DD45プロモータ下でOsASGR-BBML1を発現する形質転換イネのライン群から高効率で卵細胞発生を行うラインを選抜した。さらに、卵細胞の1細胞トランスクリプトーム解析を試み、細胞1個で十分に再現性があるデータが得られる実験条件を特定し、現在はBBML1卵細胞のトランスクリプトームに取りかかっている。
(2) 異質交雑受精卵の発生プロファイルと異種ゲノムの保持・存在状態：電気融合させるイネ配偶子とコムギ配偶子の組み合わせ、数、および倍数性を検討した結果、作出した交雑受精卵が植物体にまで発生する条件を見出した。それら交雑植物がほぼコムギの形態を示したこと、およびフローサイトメトリー解析からイネ染色体・ゲノムが脱落していると推定された。植物体のゲノムシークエンス解析を進めたところ、当該交雑受精卵由来の植物体はコムギゲノムにイネゲノム断片が挿入されている可能性が示唆された。
(3) 卵細胞の受精非依存的な分裂・発生機構：卵細胞の自律的分裂を誘導するスベロイルアニリドヒドロキサム酸 (SAHA) の標的酵素（ヒストン脱アセチル化酵素）により発現が制御されている遺伝子群を特定し、受精誘導性・抑制性遺伝子群などとの比較解析を進めている。また、12種のSAHA誘導体のうち、3種に分裂誘導活性があることが判明した。

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] Effect of Paternal Genome Excess on the Developmental and Gene Expression Profiles of Polyspermic Zygotes in Rice (2021)
  • 著者名/発表者名: Deushi Ryouya、Toda Erika、Koshimizu Shizuka、Yano Kentaro、Okamoto Takashi
  • 雑誌名: Plants 巻: 10 号: 2 ページ: 255-255
  • DOI: 10.3390/plants10020255
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In vitro fertilization system using wheat gametes by electric fusion. (2021)
  • 著者名/発表者名: Maryenti T., Kato N., Ichikawa M., Okamoto T.
  • 雑誌名: Methods Mol. Biol. 巻: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] In Vitro Production of Zygotes by Electrofusion of Rice Gametes (2020)
  • 著者名/発表者名: Rahman Md Hassanur、Toda Erika、Okamoto Takashi
  • 雑誌名: Methods Mol. Biol. 巻: 2122 ページ: 257-267
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-0342-0_18
  • ISBN: 9781071603413, 9781071603420
  • 査読あり
• [雑誌論文] CRISPR/Cas9‐Based Genome Editing Using Rice Zygotes (2020)
  • 著者名/発表者名: Toda Erika、Okamoto Takashi
  • 雑誌名: Current Protocols in Plant Biology 巻: 5 号: 2
  • DOI: 10.1002/cppb.20111
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Gene Expression and Genome Editing Systems by Direct Delivery of Macromolecules Into Rice Egg Cells and Zygotes (2020)
  • 著者名/発表者名: Toda Erika、Okamoto Takashi
  • 雑誌名: BIO-PROTOCOL 巻: 10 号: 14
  • DOI: 10.21769/bioprotoc.3681
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 植物受精卵を用いたゲノム編集 (2020)
  • 著者名/発表者名: 岡本 龍史、戸田絵梨香、加藤 紀夫
  • 雑誌名: 植物の化学調節 巻: 55 ページ: 52-56
  • NAID: 130008060503
  • 査読あり
• [雑誌論文] A CRISPR/Cas9-based genome-editing using rice zygotes (2020)
  • 著者名/発表者名: Toda Erika、Okamoto Takashi
  • 雑誌名: Current Protocol Plant Biology 巻: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gene expression and genome editing systems by direct delivery of macromolecules into rice egg cells and zygotes. (2020)
  • 著者名/発表者名: Toda Erika、Okamoto Takashi
  • 雑誌名: Bio Protocol 巻: -
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Polyspermy in angiosperms: Its contribution to polyploid formation and speciation (2020)
  • 著者名/発表者名: Toda Erika、Okamoto Takashi
  • 雑誌名: Molecular Reproduction and Development 巻: 87 号: 3 ページ: 374-379
  • DOI: 10.1002/mrd.23295
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Sperm entry into the egg cell induces the progression of karyogamy in rice zygotes. (2019)
  • 著者名/発表者名: Ohnishi Y*, Kokubu I, Kinoshita T, Okamoto T.
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 印刷中 号: 8 ページ: 1656-1665
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz077
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An efficient DNA- and selectable-marker-free genome-editing system using zygotes in rice (2019)
  • 著者名/発表者名: Toda Erika、Koiso Narumi、Takebayashi Arika、Ichikawa Masako、Kiba Takatoshi、Osakabe Keishi、Osakabe Yuriko、Sakakibara Hitoshi、Kato Norio、Okamoto Takashi
  • 雑誌名: Nature Plants 巻: 5 号: 4 ページ: 363-368
  • DOI: 10.1038/s41477-019-0386-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Expression of genes from paternal alleles in rice zygotes and involvement of OsASGR-BBML1 in initiation of zygotic development (2019)
  • 著者名/発表者名: Rahman, H., Toda, E., Kobayashi, M., Kudo, T., Koshimizu, S., Takahara, M., Iwami, M., Watanabe, Y., Sekimoto, H., Yano, K., Okamoto, T.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 60 号: 4 ページ: 725-737
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz030
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Establishment of an In Vitro Fertilization System in Wheat (Triticum aestivum L.) (2019)
  • 著者名/発表者名: Maryenti Tety、Kato Norio、Ichikawa Masako、Okamoto Takashi
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 60 号: 4 ページ: 835-843
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy250
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] DNA demethylation by ROS1a in rice vegetative cells promotes methylation in sperm (2019)
  • 著者名/発表者名: Kim M. Yvonne、Ono Akemi、Scholten Stefan、Kinoshita Tetsu、Zilberman Daniel、Okamoto Takashi、Fischer Robert L.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 印刷中 号: 19 ページ: 9652-9657
  • DOI: 10.1073/pnas.1821435116
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] イネ受精卵発生過程における雌雄配偶子の機能差および父性アリル依存的遺伝子発現による受精卵の発生誘導 (2019)
  • 著者名/発表者名: 戸田絵梨香、岡本 龍史
  • 雑誌名: アグリバイオ 巻: 4 ページ: 73-78
  • NAID: 40021921244
• [学会発表] Expression of Genes from Paternal Alleles in Rice Zygotes and Involvement of OsASGR-BBML1 in Initiation of Zygotic Developmen (2021)
  • 著者名/発表者名: Rahman MH, Toda E., Kobayashi M., Kudo T., Koshimizu S., Takahara M., Iwami M, Watanabe Y., Sekimoto H., Yano K., Okamoto T.
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Developmental profiles of inter-subfamily polyploid zygotes produced by the fusion of wheat and rice gametes (2021)
  • 著者名/発表者名: Maryenti Tety., Takayoshi Ishii., Okamoto T.
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] ROS dynamics and GSH-mediated glutathione peroxidase functions in developing rice zygote (2021)
  • 著者名/発表者名: Rattanawong K., Koiso N., Toda E., Tanaka M., Tsuji H., Okamoto T.
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Identification of proliferative cells among protoplasts prepared from rice scutellum callus (2021)
  • 著者名/発表者名: Aini H., Nakahira O., Okamoto T.
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 単子葉植物イネ受精卵および初期胚における極性決定機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 木下 温子、Maryenti Tety、Aini Hanifah、戸田 絵梨香、岡本 龍史
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] シロイヌナズナの花成における茎頂メリステムサイズとアイデンティティ転換 (2021)
  • 著者名/発表者名: 渡辺真史, 岡本龍史, 木下温子
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] An efficient DNA- and selectable-marker-free genome-editing system using zygotes in rice and its possible application to other crop species. (2020)
  • 著者名/発表者名: Toda E, Koiso N, Takebayashi A, Ichikawa M, Kiba T, Osakabe K, Osakabe Y, Sakakibara H, Kato N, Okamoto T.
  • 学会等名: Keystone Symposia “Plant Genome Engineering: From Lab to Field”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] イネ受精卵と葉プロトプラストから作出した融合細胞における核合一および発生プロファイル (2020)
  • 著者名/発表者名: 戸田絵梨香, 亀川拓夢, 岡本龍史
  • 学会等名: 日本植物学会第84回大会
• [学会発表] Initiation of zygotic development and fertilization-independent egg division in rice” in the symposium of Frontiers of research on embryo and endosperm development: Induction of artificial apomixis (2020)
  • 著者名/発表者名: Okamoto T.
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] ROS-level dynamics during development of zygote in rice (2020)
  • 著者名/発表者名: Rattanawong K., Koiso N., Okamoto T.
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] ムギ in vitro 受精系の確立 (2020)
  • 著者名/発表者名: マリエンティ・テティ，加藤紀夫，市川雅子，岡本龍史
  • 学会等名: 日本育種学会第137回講演会
• [学会発表] 倍数性コリアンダー作出に向けたカルス誘導，植物体再生およびプロトプラスト調製法の確立 (2020)
  • 著者名/発表者名: 濱田光美，岡本龍史
  • 学会等名: 日本園芸学会令和2年度春季大会
• [学会発表] An efficientDNA- and selectable-marker-free genome-editing system using zygotes in rice. (2019)
  • 著者名/発表者名: Toda E, Koiso N, Takebayashi A, Ichikawa M, Kiba T, Osakabe K, Osakabe Y, Sakakibara H, Kato N, Okamoto T.
  • 学会等名: Vienna International Science Conferences and Events Association, Plant Genome Editing & Genome Engineering II
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Gene expression and genome editing systems in rice by direct delivery of macromolecules into egg cell and zygote. (2019)
  • 著者名/発表者名: Toda E, Koiso N, Takebayashi A, Ichikawa M, Kiba T, Osakabe K, Osakabe Y, Sakakibara H, Kato N, Okamoto T.
  • 学会等名: EMBO Practical Course “Functional live imaging of plants”
  • 国際学会
• [学会発表] Establishment of an in vitro fertilization system in wheat (Triticum aestivum L.) (2019)
  • 著者名/発表者名: Maryenti T., Kato N., Ichikawa M., Okamoto T.
  • 学会等名: 第14回ムギ類研究会
  • 招待講演
• [学会発表] コムギ-トウモロコシ交雑受精卵の発生過程における片親ゲノムの選択的な脱落 (2019)
  • 著者名/発表者名: 古野真由子, Tety Maryenti, 掛田克行, 岡本龍史
  • 学会等名: 日本植物学会第 83 回大会
• [学会発表] 被子植物の受精に伴う遺伝子発現およびpaternal/maternal mRNA degradation の最初の報告 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大西 由之佑，永田 博基，戸田 絵梨香，國分 巌，岡本 龍史，木下 哲
  • 学会等名: 日本植物学会第 83 回大会
• [学会発表] 被子植物の受精に伴うカルシウム応答性遺伝子発現および mRNA分解 (2019)
  • 著者名/発表者名: 永田 博基，大西 由之佑，戸田 絵梨香，國分 巌，岡本 龍史，木下 哲
  • 学会等名: 日本植物学会第 83 回大会
• [図書] 進化するゲノム編集vol. II (2020)
  • 著者名/発表者名: 加藤 紀夫、戸田絵梨香、岡本 龍史
  • 出版者: NTS出版
• [備考] 植物発生生理学研究室ホームページ
  • URL: https://www.biol.se.tmu.ac.jp/labo.asp?ID=horcel
• [備考] 東京都立大学 植物発生生理学研究室
  • URL: https://www.biol.se.tmu.ac.jp/labo.asp?ID=horcel
• [産業財産権] 配偶子融合を用いた細胞質雑種植物の作出法 (2020)
  • 発明者名: 岡本龍史、マリエンティ テティ、石井孝佳、矢野健太郎
  • 権利者名: 岡本龍史、マリエンティ テティ、石井孝佳、矢野健太郎
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2020-187279
  • 出願年月日: 2020