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2016 年度 実績報告書

受精における種間障壁のメカニズム解明とその打破

計画研究

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 16H06465
研究機関名古屋大学

研究代表者

東山 哲也  名古屋大学, 理学研究科(WPI), 教授 (00313205)

研究分担者 金岡 雅浩  名古屋大学, 理学研究科, 講師 (10467277)
Bode Jeffrey  名古屋大学, トランスフォーマティブ生命分子研究所, 客員教授 (90727900)
研究期間 (年度) 2016-06-30 – 2021-03-31
キーワード受精 / 花粉管 / 種間障壁 / リガンド・レセプター / ペプチド
研究実績の概要

(1) 花粉管誘引におけるLURE およびその受容体複合体の作動実態解明:トレニア、シロイヌナズナ、および各近縁種でのドメインスワッピング、ミューテーション解析、非天然のダウンサイズLURE の作製を進めた。その結果、LUREの特定の部分配列が種の認証に重要な役割を果たすことが明らかとなった。また、シロイヌナズナのLURE1とPRK6の相互作用および花粉管誘引に重要なアミノ酸の同定に成功した。これらの成果の一部は投稿準備中、また一部は投稿中である。また、化学合成によるAMORの構造活性相関を明らかにし、発表した(Jiao et al., Plant Physiol.)
(2) 精細胞放出における鍵と鍵穴分子の同定および動態解明:候補遺伝子として多重遺伝子が見出されてきたため、その解析のためにシロイヌナズナで高効率にゲノム編集を行う技術を開発し、発表した(Tsutsui and Higashiyama, Plant Cell Physiol.)。多くのリクエストが届いており、特許を取得し製品化を検討するとともに、アカデミア向けにAddgeneから配布を開始した。
(3) 種の壁の理解:トレニアにおける独自のゲノムデータベースをもとにLURE受容体候補をリストアップし、解析を進めた。また、シロイヌナズナにおいて受精・初期発生過程に関する研究を進め、複数の論文として発表した(Kasahara et al., Science Adv.; Kimata et al, Proc. Natl. Acad. Sci. USA)。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

LURE1とPRK6の鍵と鍵穴の構造の解析を進め、相互作用および花粉管誘引に重要なアミノ酸の同定に成功し、初年度から論文投稿に至った。また、全く別のアプローチから、LUREと受容体の種認識に重要なアミノ酸の同定にも至り、投稿準備中である。さらにLUREのシグナリング経路の活性化を担う糖鎖AMORの構造活性相関を行い、論文発表に至った。その他、複数の論文発表に至るなど、研究は当初の計画以上に進展している。

今後の研究の推進方策

以下の計画に基づいて研究を進める。(1) 花粉管誘引におけるLURE およびその受容体複合体の作動実態解明:AtLURE1.2およびPRK6の共結晶構造を解き、原子レベルでの鍵と鍵穴の作動機構と、重要なアミノ酸を明らかにする。一方で、化学合成や種間キメラペプチドの作製などにより、LUREの種特異的活性の理解を進める。(2) 精細胞放出における鍵と鍵穴分子の同定および動態解明:糖鎖に着目した研究を進めながら、このステップをリアルタイムに解析できる実験系の確立を試みる。(3) 種の壁の理解;種間障壁の打破による異質倍数体ハイブリッドの作出:効率的なリガンドレセプターペアの探索法確立を目指す。トレニア(キク類;シソ目)とシロイヌナズナ(バラ類;アブラナ目)のペアをモデル系と位置付け、それぞれの種認識機構の理解を進める。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 3件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 5件、 謝辞記載あり 5件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 3件、 招待講演 4件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] pKAMA-ITACHI Vectors for Highly Efficient CRISPR/Cas9-Mediated Gene Knockout in Arabidopsis thaliana2017

    • 著者名/発表者名
      Tsutsui H., Higashiyama T.
    • 雑誌名

      Plant Cell Physiol.

      巻: 58 ページ: 46-56

    • DOI

      10.1093/pcp/pcw191

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Structure-activity relation of AMOR sugar molecule that activates pollen-tubes for ovular guidance2017

    • 著者名/発表者名
      Jiao J., Mizukami A.G., Sankaranarayanan S., Yamguchi J., Itami K., Higashiyama T.
    • 雑誌名

      Plant Physiol.

      巻: 173 ページ: 354-363

    • DOI

      10.1104/pp.16.01655

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Gametophytic pollen tube guidance: attractant peptides, gametic controls, and receptors2017

    • 著者名/発表者名
      Higashiyama T., Yang W.C.
    • 雑誌名

      Plant Physiol.

      巻: 173 ページ: 112-121

    • DOI

      10.1104/pp.16.01571

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Cytoskeleton dynamics control the first asymmetric cell division in Arabidopsis zygote2016

    • 著者名/発表者名
      Kimata Y., Higaki T., Kawashima T., Kurihara D., Sato Y., Yamada T., Hasezawa S., Berger F., Higashiyama T., Ueda M.
    • 雑誌名

      Proc. Natl. Acad. Sci. USA

      巻: 113 ページ: 14157-14162

    • DOI

      10. 1073/pnas.1613979113

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Pollen tube contents initiate ovule enlargement and enhance seed coat development without fertilization.2016

    • 著者名/発表者名
      Kasahara R., Notaguchi M., Nagahara S., Suzuki T., Susaki D., Honma Y., Maruyama D., Higashiyama T.
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 2 ページ: e1600554

    • DOI

      10.1126/sciadv.1600554

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Live-Cell Analysis of Pollen Tube Guidance Reveals Key Signaling Molecules2017

    • 著者名/発表者名
      Higashiyama T.
    • 学会等名
      Seminar in Carnegie Institution for Science
    • 発表場所
      パロアルト
    • 年月日
      2017-03-24 – 2017-03-24
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Live-Cell Analysis of Pollen Tube Guidance to Identify Key Signaling Molecules2017

    • 著者名/発表者名
      Higashiyama T.
    • 学会等名
      Seminar in The Plant Gene Expression Center (PGEC), University of California, Berkeley
    • 発表場所
      バークレー
    • 年月日
      2017-03-23 – 2017-03-23
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 種の壁を超える分子2016

    • 著者名/発表者名
      東山哲也
    • 学会等名
      第39回日本分子生物学会年会、シンポジウム「最先端の化学と生物学のミックス」
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2016-12-01 – 2016-12-01
    • 招待講演
  • [学会発表] Signaling in Pollen Tube Guidance2016

    • 著者名/発表者名
      Higashiyama T.
    • 学会等名
      CSH Asia Conference on Latest Advances in Plant Development & Environmental Response
    • 発表場所
      淡路島
    • 年月日
      2016-11-29 – 2016-12-02
    • 国際学会 / 招待講演
  • [産業財産権] Casタンパク質発現カセット2016

    • 発明者名
      東山哲也、筒井大貴
    • 権利者名
      東山哲也、筒井大貴
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2016-171590
    • 出願年月日
      2016-09-02

URL: 

公開日: 2018-01-16  

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