コケ植物繁殖子の休眠を制御する分子メカニズムの解明

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H03247
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 石崎 公庸 神戸大学, 理学研究科, 教授 (00452293)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: コケ植物 / 休眠 / アブシシン酸 / 成長制御

研究実績の概要

本研究は、ゼニゴケにおける無性芽休眠の統合制御因子候補であるMpbHLH40に焦点をあて、その上流と下流の制御ネットワークを明らかにすることを目的とした。MpbHLH40の機能欠損変異体は杯状体内で無性芽が発芽する表現型を示す。本年度はMpbHLH40の発現動態についてリアルタイムPCRにより組織別のRNA蓄積量とプロモーター活性を解析し、MpbHLH40が発生中の無性芽で高く発現することを確認した。MpbHLH40遺伝子の発現自体がABAによって制御される可能性について検証したが、ABAはMpbHLH40遺伝子の発現制御には関与していないことが示唆された。また無性芽の発芽率を定量的に解析する手法を確立し、MpbHLH40機能欠損変異体での無性芽発芽率が、ABAシグナル伝達関連因子の変異体よりも顕著に高いことを明確に示すことができた。
MpbHLH40の下流にグルココルチコイド受容体ドメイン（GR）を融合したMpbHLH40-GRコンストラクトを導入した形質転換体を利用してMpbHLH40の下流で制御される遺伝子制御ネットワークの解析にも着手した。その結果、MpbHLH40下流でABA生合成に関わるNCED遺伝子の発現が制御されることが示唆された。MpbHLH40変異体の無性芽やMpbHLH40-GR株ではNCED遺伝子に加えてABA応答性遺伝子群の発現が顕著に変動することが明らかになったので、MpbHLH40は少なくとも部分的にはNCED遺伝子の発現制御を介してABA量を調節することによって無性芽休眠を正に制御する、という仮説を立てるに至った。

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

MpbHLH40がゼニゴケの無性芽休眠を制御する分子メカニズムについて、様々な観点から解析をすすめ、より具体的な仮説を構築できた。MpbHLH40下流の遺伝子制御ネットワークの解析については、ほぼ予定された解析が進んでいる。ABAシグナル伝達因子の機能欠損変異体のサンプルについて準備が間に合わず、一部のデータを翌年度に繰り越して取得することになったが、概ね研究は計画に沿って順調に進んでいると考えられる。

今後の研究の推進方策

MpbHLH40機能欠損変異体の無性芽と、MpbHLH40-GR株の機能誘導時におけるRNA-seqデータは取得できた。解析結果から、MpbHLH40の下流でABA生合成に関わるNCED遺伝子の発現が制御されABA生合成が上昇することが示唆されたので、MpbHLH40機能欠損株の無性芽と、MpbHLH40-GR株におけるABA量を解析する予定である。
またABAとMpbHLH40との関連を更に解析するため、ABAシグナル伝達関連因子の機能欠損変異体との比較解析を進めていく予定である。

研究成果

• [国際共同研究] TEMASEK Lifesciences Laboratories(シンガポール)
  • 国名: シンガポール
  • 外国機関名: TEMASEK Lifesciences Laboratories
• [国際共同研究] Max Planck Institute(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Max Planck Institute
• [雑誌論文] The RopGEF KARAPPO Is Essential for the Initiation of Vegetative Reproduction in Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiwatashi, H., Goh, H., Yasui, Y., Koh, L.Q., Takami, H., Kajikawa, M., Kirita, H., Kanazawa, T., Minamino, N., Togawa, T., Sato, M., Wakazaki, M., Yamaguchi, K., Shigenobu, S., Fukaki, H., Mimura, T., Toyooka, K., Sawa, S., Yamato, K.T., Ueda, T., Urano, D., Kohchi, T. and Ishizaki, K.
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 29 ページ: 3525～3531.e7
  • DOI: 10.1016/j.cub.2019.08.071
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] GEMMA CUP-ASSOCIATED MYB1, an Ortholog of Axillary Meristem Regulators, Is Essential in Vegetative Reproduction in Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Yasui Yukiko、Tsukamoto Shigeyuki、Sugaya Tomomi、Nishihama Ryuichi、Wang Quan、Kato Hirotaka、Yamato Katsuyuki T.、Fukaki Hidehiro、Mimura Tetsuro、Kubo Hiroyoshi、Theres Klaus、Kohchi Takayuki、Ishizaki Kimitsune
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 29 ページ: 3987～3995.e5
  • DOI: 10.1016/j.cub.2019.10.004
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A conserved regulatory mechanism mediates the convergent evolution of plant shoot lateral organs (2019)
  • 著者名/発表者名: Naramoto Satoshi、Jones Victor Arnold Shivas、Trozzi Nicola、Sato Mayuko、Toyooka Kiminori、Shimamura Masaki、Ishida Sakiko、Nishitani Kazuhiko、Ishizaki Kimitsune、Nishihama Ryuichi、Kohchi Takayuki、Dolan Liam、Kyozuka Junko
  • 雑誌名: PLOS Biology 巻: 17 ページ: e3000560
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.3000560
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] An evolutionarily conserved mechanism for production of secondary meristems in land plants (2019)
  • 著者名/発表者名: Kimitsune Ishizaki
  • 学会等名: International Symposium: Principles of pluripotent stem cells underlying plant vitality
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ゼニゴケ無性芽形成に機能するRopおよびRopGEFの細胞内局在解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 樋渡琢真, 上野亜紀, 金澤建彦, 南野尚紀, 深城英弘, 三村徹郎, 上田貴志, 石崎公庸
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
• [学会発表] GEMMA CUP-ASSOCIATED MYB1, an orthologue of axillary meristem regulator, is essential for vegetative reproduction in the liverwort Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Kimitsune Ishizaki
  • 学会等名: Marchantia Workshop 2019
  • 招待講演
• [学会発表] Marchantia polymorpha as a model for evolutionary biology (2019)
  • 著者名/発表者名: Kimitsune Ishizaki
  • 学会等名: The Vassilios Sarafis OzBryo Meeting
  • 招待講演
• [学会発表] An evolutionary conserved mechanism for production of secondary meristems in land plants (2019)
  • 著者名/発表者名: Kimitsune Ishizaki
  • 学会等名: Australian Society of Plant Scientists Conference: ASPS 2019
  • 招待講演
• [図書] 植物生理学 第2版 (2019)
  • 著者名/発表者名: 石崎 公庸(担当:分担執筆, 範囲:第１章)
  • 総ページ数: 242
  • 出版者: 化学同人
  • ISBN: 9784759819977
• [備考] 神戸大学石崎研究室ホームページ
  • URL: http://www.research.kobe-u.ac.jp/fsci-ishizaki/index.html