| 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 |
16H06467
|
|---|
| 研究機関 | 東京大学 |
|---|
研究代表者 |
高山 誠司 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (70273836)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2016-06-30 – 2021-03-31
|
| キーワード | 植物 / シグナル伝達 / 生理学 / 生殖 / 受精 |
|---|
| 研究実績の概要 |
初期受粉過程における種間障壁の実体解明を目的として、研究実施計画に記載した以下の3項目について研究を進めた。
１）アブラナ科植物の花粉－乳頭細胞間で機能する種間障壁の実体解明：昨年度、雌ずいにおける和合受粉特異的遺伝子の発現低下を指標に選抜された花粉変異株の一つの原因遺伝子を同定した。本遺伝子は、酵母のVPS13と相同性を示し、カルシウム結合ドメインを有することが示された。本ドメイン部分のみを取り除いたゲノム編集株は花粉発芽能に異常を示した。
２）初期受粉過程で機能する種間障壁の全ゲノム関連解析による網羅的解明： 昨年度見出した種間障壁遺伝子SPRI1について近縁種間での比較解析を進めた。形質転換実験によりArabidopsis thaliana由来のAtSPRI1は異種Malcolmia littoreaの花粉に加え、より近縁のCapsella rubellaの花粉も排除するが、C. rubella由来のCrSPRI1はM. littoreaの花粉のみを排除し、同種のC. rubellaの花粉は排除しないように進化していることが示された。さらに、SPRI1欠損株では、異種花粉存在下では同種との種子生産が抑制されることが示され、SPRI1が同種受精を保障する機能をもつことが示唆された。本成果について論文を公表した。
３）一側性の不和合性の実体解明： ナス科・バラ科植物における雌ずいS-RNaseは自己および異種花粉の排除に関与するが、その分子機構はいまだ不明確である。そこで、同種の自己および非自己の花粉を受粉させたペチュニアの雌ずいを比較解析したところ、(i) 受粉6時間後の段階で自己花粉管の先端部位でS-RNase蓄積していること、(ii) 受粉3時間後の段階で自己花粉管由来mRNA量が減少していることが示され、分解説を支持する結果が得られた。
|
| 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
当初計画した３つの研究実施計画は、すべて順調に進展している。本年度は１）において花粉の発芽・伸長、雌ずいへの和合性反応誘導に関与する新たな花粉遺伝子の同定に成功した。新たな研究の方向性を提示する重要な鍵分子となることが期待できる。また、２）において同定したSPRI1は、本年度の近縁種との比較解析から花粉の種識別に直接的に関与している可能性が示された。異種花粉排除に正に機能する分子の同定は本研究が始めてであり、今後の研究進展が大いに期待できる。３）においては、非自己花粉におけるS-RNase分解説、その結果としての自己花粉におけるRNA分解説を支持する結果を得ることができた。
|
| 今後の研究の推進方策 |
今後は上記3項目について以下の研究を実施する。
１）花粉－乳頭細胞間で機能する種間障壁の実体解明：本研究で確立した初期受粉反応検出系を用いて、花粉の発芽に必須の新規遺伝子を明らかにすることができた。本年度は細胞生物学的な実験と生化学的な実験を通じて、細胞内におけるこの分子の作用機作の解明を目指す。また、本分子の他にも花粉の脂肪酸合成に関わる分子を同定しており、機能解析に着手する。
２）初期受粉過程で機能する種間障壁の全ゲノム関連解析による網羅的解明：これまでにSPRI1が、花粉の種識別と異種排除に関与する可能性を提示してきた。本年度はSPRI1の生化学的な性質や、細胞内局在性等について明らかにすることで本分子の機能に迫る。さらに、全ゲノム関連解析によって異種花粉排除に関わる新たな因子の探索を行い、SPRI1との機能的関連性について明らかにする。
３）一側性の種間障壁の実体解明：ナス科およびバラ科植物の一側性不和合性の要因と推察される自家不和合性の花粉因子と雌ずい因子の相互作用様式および和合性花粉受入に関する分子モデルを提示する。さらに、自家和合性株の解析結果をベースに、種間障壁打破に関する方向性を提示する。
|
