植物の世代交代制御因子の進化機構の解明

2018 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K06367
• 研究機関: 立教大学
• 研究代表者: 榊原 恵子 立教大学, 理学部, 准教授 (90590000)
• 研究分担者: 関本 弘之 日本女子大学, 理学部, 教授 (20281652)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 進化 / 転写因子 / 陸上植物 / 世代交代 / KNOX遺伝子

研究実績の概要

陸上植物は単相と複相の両方にそれぞれの役割に適した多細胞体制を構築する世代交代を行うが、これは陸上植物の進化の初期に獲得された新規形質と考えられる。研究代表者は陸上植物ヒメツリガネゴケを用いて世代交代を制御するホメオボックス型転写因子KNOX2遺伝子を報告した。近年、陸上植物に近縁のシャジクモ藻類Klebsormidium (2014)とシャジクモ (2018)のゲノムが報告されたので、これらのゲノム中にKNOX2遺伝子が存在するか探索したところ、世代交代を行なわないシャジクモ藻類と陸上植物の共通祖先においてすでにKNOX2遺伝子は存在していた。一方、ヒメツリガネゴケ以外の陸上植物にもKNOX2遺伝子は存在するが、これらのKNOX2遺伝子がそれぞれの植物種で世代交代を制御しているかは不明であった。
これらをふまえて、シャジクモ藻類及び他の陸上植物のKNOX2遺伝子とヒメツリガネゴケKNOX2遺伝子の機能の保存性を調べるために、ヒメツリガネゴケKNOX2遺伝子変異体に、シャジクモ藻類であるヒメミカヅキモ、あるいは他の陸上植物であるゼニゴケ、シダ植物リチャードミズワラビ、被子植物シロイヌナズナのKNOX2遺伝子を導入した際の表現型を調べることで検証することとした。2018年度中にヒメツリガネゴケへの導入DNAの作製と形質転換体の作製を完了した。
また、ヒメミカヅキモKNOX2遺伝子の機能解析のため、ヒメミカヅキモKNOX2遺伝子変異誘導のためのプラスミド作製を完了し、ヒメミカヅキモへの導入を開始した。

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

ヒメツリガネゴケKNOX2遺伝子変異体の相補実験が概ね順調に進んだ。

今後の研究の推進方策

2019年度中にシャジクモ藻類ヒメミカヅキモ及び他の陸上植物のkNOX2遺伝子の導入によるヒメツリガネゴケKNOX2遺伝子変異体の表現型相補実験を完了し、表現型の観察を実施し、機能の保存性を検証する予定である。
また、ヒメミカヅキモKNOX2遺伝子の機能解析を進める予定である。

次年度使用額が生じた理由

ヒメツリガネゴケへの導入実験が比較的順調に進み、経費が削減できたため、ヒメミカヅキモ、シャジクモへの形質転換実験で使用する。

研究成果

• [国際共同研究] University of Cambridge(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of Cambridge
• [国際共同研究] University of Zurich(スイス)
  • 国名: スイス
  • 外国機関名: University of Zurich
• [国際共同研究] Cornell University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Cornell University
• [国際共同研究] Gregor Mendel Institute(オーストリア)
  • 国名: オーストリア
  • 外国機関名: Gregor Mendel Institute
• [雑誌論文] Transcription factor DUO1 generated by neo-functionalization is associated with evolution of sperm differentiation in plants (2018)
  • 著者名/発表者名: Higo A, Kawashima T, Borg M, Zhao M, Lopez-Vidriero I, Sakayama H, Montgomery SA, Sekimoto H, Hackenberg D, Shimamura M, Nishiyama T, Sakakibara K, Togawa T, Kunimoto K, Suzuki Y, Osakabe A, Yamato KT, Ishizaki K, Nishihama R, Kohchi T, Franco-Zorrilla JM, Twell D, Berger F, Araki T
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 ページ: 5283
  • DOI: 10.1038/s41467-018-07728-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Making new bryophyte model systems using genome sequencing and transformation technique. (2018)
  • 著者名/発表者名: Keiko Sakakibara, Emiko Yoro, Tomomi Nakagawa, Eftychios Frangedakis, Masaki Shimamura, Tomoaki Nishiyama
  • 学会等名: EMBO Workshop "New shores in land plant evolution”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] フタバネゼニゴケの凍結保存法の確立 (2018)
  • 著者名/発表者名: 無津呂 一輝 川井 絢子 榊原 恵子
  • 学会等名: Cryopreservation Conference 2018
• [備考] 植物の多様な精子の形成の進化的起源を解明 －7億年前のDUO1遺伝子獲得が植物の精子形成に関わる－
  • URL: http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2018/181211_1.html