交雑適合性に関わる遺伝子間の調和と軋轢の分子機構

2015 年度 実績報告書

• 研究領域: ゲノム・遺伝子相関：新しい遺伝学分野の創成
• 研究課題/領域番号: 23113002
• 研究機関: 奈良先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 高山 誠司 奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 教授 (70273836)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 遺伝学 / 遺伝子 / ゲノム / 植物 / 進化 / エピジェネティクス / 自家不和合性 / 優劣性

研究実績の概要

１）対立遺伝子間におけるエピジェネティックな優劣性発現制御機構の解明
アブラナ科植物Brassica rapaの花粉因子複対立遺伝子間における複雑な優劣性が、2種類の低分子RNAを介して制御されていることを形質転換実験による証明も含めて明らかにした（論文投稿中）。さらにArabidopsis lyrataの花粉因子複対立遺伝子間の優劣性の解析を進め、同様に限られた種類の低分子RNAで制御されている可能性を明らかにした。これらの解析により、低分子RNAを介した優劣性の制御がアブラナ科の花粉因子複対立遺伝子間で普遍的に機能していることが明らかになった。また、アブラナ科植物の自家和合性変異株の中には、優性側のSハプロタイプの花粉側因子遺伝子に変異を持つものが多い傾向が示され、これらがdominant negative変異として自家和合性の獲得・固定において機能した可能性が示唆された。
２）遺伝子重複を介した非自己対立遺伝子認識機構の解明
これまでの解析により、ナス科植物の自家不和合性が約18種類のSLFsによる協調的な非自己S-RNase認識・無毒化機構により制御されていることが明らかになった。また、本機構の進化過程で、Sハプロタイプ間でgene conversion等によるSLFsの受け渡しが行われてきたことが示された。以上の結果をもとに、ナス科植物におけるSハプロタイプの進化モデルを考察した。当該モデルに基づき進化過程を計算機上で模擬したところ、gene conversionを想定した場合のみ、新たなS-RNaseをコードするSハプロタイプが、これを認識する新たなSLFsの誕生に追随する形で進化してくることが示され、モデルの妥当性が示された（論文投稿中）。

現在までの達成度 (段落)

27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

27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] Efficient expression of SRK intracellular domain by modeling-based protein engineering (2016)
  • 著者名/発表者名: Murase K, Hirano Y, Takayama S, Hakoshima T
  • 雑誌名: Protein Expr. Purif. 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1016/j.pep.2015.09.020
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of reference genes for quantitative expression analysis using large scale RNA-seq data of Arabidopsis thaliana and model crop plants (2016)
  • 著者名/発表者名: Kudo T, Sasaki Y, Terashima S, Matsuda-Imai N, Takano T, Saito M, Kanno M, Ozaki S, Suwabe K, Suzuki G, Watanabe M, Matsuoka M, Takayama S, Yano K
  • 雑誌名: Genes Genet. Syst. 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Calcium signalling mediates self-incompatibility response in the Brassicaceae (2015)
  • 著者名/発表者名: Iwano M, Ito K, Fujii S, Kakita M, Asano-Shimosato H, Igarashi M, Kaothien-Nakayama P, Entani T, Kanatani A, Takehisa M, Tanaka M, Komatsu K, Shiba H, Nagai T, Miyawaki A, Isogai A, Takayama, S.
  • 雑誌名: Nature Plants 巻: 1 ページ: 15128
  • DOI: 10.1038/NPLANTS.2015.128
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Transcriptional characteristics and differences in Arabidopsis stigmatic papilla cells pre- and post-pollination (2015)
  • 著者名/発表者名: Matsuda T, Matsushima M, Nabemoto M, Osaka M, Sakazono S, Masuko-Suzuki H, Takahashi H, Nakazono M, Iwano M, Takayama S, Shimizu KK, Okumura K, Suzuki G, Watanabe M, Suwabe K
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 56 ページ: 663-673
  • DOI: 10.1093/pcp/pcu209
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Generation of transgenic Linum perenne by Agrobacterium-mediated transformation (2015)
  • 著者名/発表者名: Murase K, Sugai Y, Hayashi S, Suzuki Y, Tsujii K, Takayama, S
  • 雑誌名: Plant Biotech. 巻: 32 ページ: 349-352
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.15.1109a
  • 査読あり
• [雑誌論文] 植物の自家不合性：RNA分解とユビキチン化による自他識別 (2015)
  • 著者名/発表者名: 円谷徹之、久保健一、高山誠司
  • 雑誌名: 生化学 巻: 87 ページ: 308-314
  • DOI: DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2015.870308
• [雑誌論文] ナス科植物の自家不和合性 ユビキチン化を介した自他識別 (2015)
  • 著者名/発表者名: 円谷徹之、久保健一、高山誠司
  • 雑誌名: 化学と生物 巻: 53 ページ: 826-833
  • DOI: 10.1271/kagakutoseibutsu.53.826
• [学会発表] ナス科植物ペチュニアのCullin1遺伝子群の同定と自家不和合性反応に関する機能解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 久保健一、塚原麻伊、円谷徹之、村瀬浩司、高山誠司
  • 学会等名: 第57回日本植物生理学会
  • 発表場所: 岩手大学上田キャンパス（岩手県、盛岡市）
  • 年月日: 2016-03-18
• [学会発表] アブラナ科植物において低分子RNAとその標的配列の多様性により複雑な階層的優劣性が制御される (2015)
  • 著者名/発表者名: 和田七夕子、安田晋輔、柿崎智博、三浦栄子、樽谷芳明、高田美信、鈴木剛、渡辺正夫、高山誠司
  • 学会等名: 第38回日本分子生物学会年会・第88回日本生化学会大会（BMB2015）ワークショップ
  • 発表場所: 神戸ポートピアホテル（兵庫県、神戸市）
  • 年月日: 2015-12-02
  • 招待講演
• [学会発表] ナス科植物ペチュニアのCullin1遺伝子群の同定と自家不和合性反応に関する機能解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 久保健一、塚原麻伊、円谷徹之、村瀬浩司、高山誠司
  • 学会等名: 第38回日本分子生物学会年会・第88回日本生化学会大会（BMB2015）
  • 発表場所: 神戸国際展示場（兵庫県、神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01
• [学会発表] 自家不和合性の分子機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 高山誠司
  • 学会等名: 国立遺伝学研究所研究会「植物の生殖成長期の発生を制御する分子機構」
  • 発表場所: 国立遺伝学研究所（静岡県、三島市）
  • 年月日: 2015-11-07
  • 招待講演
• [学会発表] Allelic variants of small RNA control dominance hierarchy among self-incompatibility alleles in Brassica rapa (2015)
  • 著者名/発表者名: Takayama S
  • 学会等名: International Syposium of Correlative Gene System "Establishing Next-Generation Genes"
  • 発表場所: 奈良春日野国際フォーラム甍（奈良県、奈良市）
  • 年月日: 2015-05-28
  • 国際学会
• [学会発表] Diversification and evolution of self-incompatibility systems in plants (2015)
  • 著者名/発表者名: Kubo K, Paape T, Hatakeyama M, Entani T, Shimizu-Inatsugi R, Shimizu KK, Takayama S
  • 学会等名: International Syposium of Correlative Gene System "Establishing Next-Generation Genes"
  • 発表場所: 奈良春日野国際フォーラム甍（奈良県、奈良市）
  • 年月日: 2015-05-28
  • 国際学会
• [学会発表] Trans-acting small RNA controlling the dominance hierarchy among self-incompatibility alleles in Brassica rapa (2015)
  • 著者名/発表者名: Yasuda S, Wada Y, Kakizaki T, Miura E, Tarutani Y, Shimoda T, Takada Y, Suzuki G, Watanabe M, Takayama S
  • 学会等名: International Syposium of Correlative Gene System "Establishing Next-Generation Genes"
  • 発表場所: 奈良春日野国際フォーラム甍（奈良県、奈良市）
  • 年月日: 2015-05-28
  • 国際学会
• [備考] ゲノム遺伝子相関ー新しい遺伝学分野の創成ー
  • URL: http://www.ige.tohoku.ac.jp/prg/genetics/
• [備考] 奈良先端科学技術大学院大学バイオサイエンス研究科細胞間情報学研究室
  • URL: http://bsw3.naist.jp/takayama/
• [学会・シンポジウム開催] International Syposium of Correlative Gene System "Establishing Next-Generation Genes" (2015)
  • 発表場所: 奈良春日野国際フォーラム甍（奈良県、奈良市）
  • 年月日: 2015-05-28 – 2015-05-29