| 研究課題/領域番号 |
17H07424
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
河内 孝之 京都大学, 生命科学研究科, 教授 (40202056)
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| 研究分担者 |
中島 敬二 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (80273853)
大和 勝幸 近畿大学, 生物理工学部, 教授 (50293915)
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| 研究期間 (年度) |
2017-10-30 – 2022-03-31
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| キーワード | 植物発生生物学 / 配偶体世代 / 性分化 / 性決定 / 長鎖非翻訳RNA / Marchantia polymorpha |
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| 研究実績の概要 |
陸上植物進化の基部に位置する苔類ゼニゴケをモデルとして、配偶体世代（核相n）における栄養成長から有性生殖への成長モードの転換とその後の性決定・性分化のメカニズムに関して研究を進めた。被子植物では極度に縮退している配偶体世代が生活環の大半を占めるコケ植物を材料に、配偶体世代の生殖細胞系列の発生とその後の分化の諸問題を効率的に解析し、以下の成果を得た。
配偶体世代で生殖細胞系列を規定する転写制御因子BONOBO発現に対する日長および光質に関する制御の解析を進めた。エピトープを検討し、高感度な検出法を導入することで、抑制因子CDFの発現を検出することに成功した。この日長制御系も含めて、環境制御系は被子植物では胞子体世代で機能している成長相転換制御機構の上流の制御と共通性が高いことを見出した。また、BONOBOの転写標的の同定を進め、以下の雌性化因子FGMYBや低分子化合物のメチル化に関与する酵素を見出し、その変異表現型から新たな制御系の存在を明らかにした。
これまでにBONOBOの標的として同定したFGMYB転写因子は雌性化に必須な因子であること示した。また、FGMYBのアンチセンス非翻訳長鎖（lnc）RNAであるSUFが雄特異的にFGMYBの抑制に働くこと、SUFはFGMYBと同一遺伝子座で転写されることが機能に必須であること（cisに作用）を示し、論文として公表した。
SUFの発現を抑制し雌性化を誘導する因子として、メスの性染色体に座乗するとされているFeminizerに関与が予想される。前年度開始した逆遺伝学的手法により、Feminizerの同定を進めた。雌株で遺伝子破壊することで雌性化が抑制され（雌性化に必要）、強制発現させることで雄株を雌性化を誘導することができる（雌性化に十分）遺伝子を得た。当初計画より早期にFeminizerの同定に成功し今後の分子的な解析を可能にした。
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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
前年度の生殖細胞系列誘導の鍵因子BONOBOの同定に続いて、有性生殖誘導の環境因子である日長と光質に関する分子的な解析が進んだ。また、転写因子としてのBONOBOの制御標的の同定も、順調に進んでいる。配偶体世代における有性生殖誘導に関わる制御ネットワークが、BONOBOを中心としてつながりを見せた。
性分化制御モジュールであるFGMYBとSUFに関する最初の論文を公開することができた。これは、DNAの逆鎖にコードされるlncRNAを介した遺伝子発現のトグルスイッチとして注目を浴びた（ジャーナルのNewsとして取り上げられた）。また、lncRNA機能を解析する実験も順調に進展している。また、逆遺伝学的なアプローチが順調に進み、SUFを抑制することが予想されるFeminizerも遺伝子同定がほぼ完了し、機能解析の実験に着手することができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
研究は順調に進行しているため、当初の計画の通り、ゼニゴケを用いた環境依存的な生殖細胞系列決定に関与するBONOBOの上流と下流因子の探索、可塑的な性分化を可能とするFGMYB-SUF遺伝子発現モジュールの制御メカニズムの下院性、遺伝的頑健性を与える性決定因子Feminizerの機能解明に関する研究を継続する。
環境依存的な生殖細胞系列決定に関しては、BONOBOの環境依存的な発現機構と転写制御標的の研究を推進する。発現制御に関しては、プロモーター領域領域の欠損変異体解析から遺伝子発現を正あるいは負に制御する領域を決定するとともに、そこに結合する転写因子の同定を進める。BONOBO転写制御の標的に関しては、これまでのFGMYBに加え、標的候補遺伝子として同定されたメチル基転移酵素遺伝子の破壊株が関連する表現型を示した。新たな制御機構の存在を予想させるものであるため、化合物同定も含めた解析を加えて、その分子実体を明らかにする。
FGMYB-SUFの制御に関しては、lncRNAであるSUFの機能発現をクロマチン動態制御の観点から解析する。ChIPおよびその変法であるCut-and-Runを検討し、ゼニゴケにおけるヒストン修飾を検出する系を立ち上げる。また、FGMYB-SUF遺伝子座のクロマチン状態を明らかにする。FGMYBの制御標的に関しては、分担者を中心に候補遺伝子の同定を継続する。
今年度遺伝子同定に成功した雌の性染色体上にコードされるFeminizerの機能解析を強力に推進する。
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