| 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― |
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| 研究課題/領域番号 |
16H06466
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| 研究機関 | 横浜市立大学 |
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研究代表者 |
辻 寛之 横浜市立大学, 木原生物学研究所, 准教授 (40437512)
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| 研究分担者 |
坂 智広 横浜市立大学, 木原生物学研究所, 教授 (80343771)
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| 研究期間 (年度) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| キーワード | フロリゲン / 生殖 / 花成 / メリステム / イネ |
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| 研究実績の概要 |
フロリゲン(正体はFTタンパク質)は植物の花芽分化を開始させる因子である。すなわち植物の生殖を開始する最初の決断を下すマスタースイッチであり、花の中で行われる生殖過程のすべてはフロリゲンから始まると言える。また、フロリゲンによる花芽形成のタイミングがずれると、適切な相手からの花粉が届かなくなるため生殖の障壁となり、同時に、従来出会わなかった別の種の花粉が受粉する機会が増えて「新種誕生」が促進される。しかし、こうした過程を制御するフロリゲンの分子機能の全体像や、特にフロリゲンが生殖過程の「鍵と鍵穴」として振る舞うプロセスの分子実態は未解明である。本研究の目的は、フロリゲンを起点として生殖過程が開始される過程における「鍵と鍵穴」の分子機構を解明することである。
この目的のために、本研究では、フロリゲンによる花芽分化の「鍵と鍵穴」のイメージング、フロリゲンによるエピゲノム・リプログラミングの実態解明、及び新種誕生を再現した染色体間相互作用の解析を実施する。本年度はフロリゲンが茎頂メリステムの細胞間を移動する過程をライブイメージングで捉える実験系を構築し、その移動速度をはじめて算出することに成功した。また、これまでにフロリゲンの標的遺伝子は茎頂メリステムの最外層から発現を開始するが、このメカニズムがフロリゲン受容体が茎頂メリステムの最外層で発現しているためであることを明らかにした。茎頂メリステムに到達後のフロリゲンがどのように花芽分化を開始させるのか、分子レベルの解析も実施している。本年度はフロリゲン到達前後の茎頂メリステムのエピゲノム解析を生殖細胞との関連に焦点を当てて詳細に行った。その結果、フロリゲンによる成長層転換と生殖細胞におけるエピゲノム・リプログラミングとを接続する変化を見出すことができた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度はフロリゲンの受容体が茎頂メリステムにどのように分布しているのかを明らかにすることができた。この分布パターンが、フロリゲンによる最初の遺伝子発現の活性化を担っていることも明らかにした。またフロリゲンの細胞間輸送を直接可視化する実験系も開発し、これによる組織間の輸送の違いをライブイメージングによって捉えることに成功した。フロリゲンによるエピゲノム・リプログラミングでは、これまで生殖過程でもっとも顕著にリプログラミングが観察される生殖細胞分化過程との比較検討を行った。その結果、生殖細胞におけるエピゲノム・リプログラミングをフロリゲンによるリプログラミングが部分的に先行して遂行していることを明らかにした。これまで生殖細胞におけるエピゲノム・リプログラミングは生殖細胞の分化前後を起点として開始されてきたが、この起源がフロリゲンによる花芽分化のタイミングにまで遡れる可能性をはじめて提示した結果と言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
フロリゲンのイメージング：これまでにフロリゲンが茎頂メリステムに到達して標的遺伝子を活性化させる最初期の振る舞いを明らかにしてきた。フロリゲンはその後茎頂メリステム内部で濃度勾配を形成し、この勾配が正常な花序構造の形成に重要であると考えられる。しかしこの濃度勾配を形成するメカニズムは未知である。これまでの発生学的な知見からいくつかの植物ホルモンがこの過程を制御する可能性が考えられる。そこで本年度は植物ホルモンのイメージングを可能にするレポーター系統を確立し、茎頂メリステムにおいて植物ホルモンの情報伝達がフロリゲンの局在とどのように関連するのかを検討する。
フロリゲンのエピジェノミクス：フロリゲンが茎頂メリステムに到達すると、DNAメチル化のゲノムワイドなリプログラミングを引き起こすことが明らかとなった。またこの変化が生殖細胞におけるリプログラミングを部分的に先取りしていることを明らかにした。これまでにゲノムDNAのエピジェネティックな状態を表す修飾の中でDNAメチル化を明らかにしたので、これ以外のエピジェネティックマークの解析を行う。
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