無性芽形成を介したゼニゴケの栄養繁殖を制御する仕組みの解析

2022 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 21K15116
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 小松 愛乃 東北大学, 生命科学研究科, 助教 (70824837)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 栄養繁殖 / 植物ホルモン / 苔類ゼニゴケ

研究実績の概要

葉や根、茎からクローン個体を作る「栄養繁殖」は旺盛な繁殖を可能にする。ゼニゴケの栄養繁殖では、成長の基本となる葉状体の表面に杯状体が形成され、杯状体内に形成される多数の無性芽がそれぞれクローン個体として成長する。無性芽は杯状体の底部に分化する無性芽始原細胞に由来するが、その細胞運命の決定や無性芽数の制御に関する分子レベルでの知見は乏しい。これまでにストリゴラクトン(SL)信号伝達の祖先型であるKL信号伝達系が無性芽形成を促進することを見出しており、KL信号伝達を介して無性芽形成が調節されていると考えた。そこで、本研究では、無性芽形成の初期過程の制御やKL信号伝達による制御を明らかにすることで、栄養繁殖の調節や進化を理解することを目的とする。令和4年度は、以下の2つの解析を行なった。令和3年度と令和4年度の解析結果をまとめ、Current biology誌に論文を発表した。

解析3．無性芽形成におけるSMXL標的遺伝子群の機能解析
昨年度単離したKL信号伝達の下流で無性芽形成を制御する標的遺伝子群の中から、複数の遺伝子について、発現部位の解析、機能欠損変異体の作出、表現型の観察を行った。これらの解析の結果から無性芽形成への関与が明確な遺伝子選抜し、形態学的及び組織化学的解析とともに遺伝学的解析を行った。
解析4．KL信号伝達系による標的遺伝子の制御
これまでの解析から明らかになった標的遺伝子の一部について、KL信号伝達遺伝子との多重変異体の作出、変異体での標的遺伝子の過剰発現等を行った。標的遺伝子がKL信号伝達の下流で作用することを明らかに示した。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

令和4年度に予定していた標的遺伝子の機能解析について、一部の遺伝子を対象に順調に進行することができたため、それらの遺伝子については令和5年度に実施予定であったKL信号伝達系による標的遺伝子の制御まで解析を進めることができた。十分な解析を進めることができたため、論文での発表を行うことができた。
また、標的遺伝子の候補が残っており、これらの遺伝子についても発現部位の解析を行うためのマーカー株の作出および機能欠損変異体の作出が完了している。令和4年度の解析と同様に、無性芽形成への関与が示唆される遺伝子について、今後、より発展的に機能解析を行うことが可能である。

今後の研究の推進方策

令和4年度に得られた成果をもとに、すでに解析した遺伝子以外の下流標的遺伝子群について機能解析を進める。既に発現部位の解析を行うためのマーカー株の作出および機能欠損変異体の作出が完了している遺伝子については、発現部位の決定と機能欠損変異による表現型変化の解析を行い、無性芽形成への関与について明らかにする。さらに、無性芽形成への関与が示された遺伝子ついて、KL信号伝達遺伝子との多重変異体の作出、変異体における候補遺伝子の過剰発現等を行い、標的遺伝子がKL信号伝達の下流で作用することを検証する。KL信号伝達系による下流標的遺伝子の制御機構に関する知見を得るとともに、標的遺伝子群の環境応答についても解析し、無性芽形成を制御する環境情報に関する知見の獲得を目指す。

研究成果

• [雑誌論文] Control of vegetative reproduction in Marchantia polymorpha by the KAI2-ligand signaling pathway (2023)
  • 著者名/発表者名: Komatsu Aino、Kodama Kyoichi、Mizuno Yohei、Fujibayashi Mizuki、Naramoto Satoshi、Kyozuka Junko
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 33 ページ: 1196～1210.e4
  • DOI: 10.1016/j.cub.2023.02.022
  • 査読あり
• [雑誌論文] An ancestral function of strigolactones as symbiotic rhizosphere signals (2022)
  • 著者名/発表者名: Kodama K., Rich M. K., Yoda A., Shimazaki S., Xie X., Akiyama K., Mizuno Y., Komatsu A., Luo Y., Suzuki H., Kameoka H., Libourel C., Keller J., Sakakibara K., Nishiyama T., Nakagawa T., Mashiguchi K., Uchida K., Yoneyama K., Tanaka Y., Yamaguchi S., Shimamura M., Delaux PM., Nomura T., Kyozuka J.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 ページ: 3974
  • DOI: 10.1038/s41467-022-31708-3
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] ゼニゴケにおけるKL信号伝達系の下流因子探索 (2023)
  • 著者名/発表者名: 熊谷 風杜，鈴木 秀政，小松 愛乃，児玉 恭一，謝 肖男，経塚 淳子
  • 学会等名: 日本植物生理学会第64回大会
• [学会発表] KL信号伝達系はサイトカイニンを介してタイ類ゼニゴケの栄養繁殖を制御する (2023)
  • 著者名/発表者名: 小松 愛乃，藤林 瑞季，細矢 福多郎，熊谷 風杜，鈴木 秀政，児玉 恭一，水野 陽平，竹林 裕美子，小嶋 美紀子，榊原 均，謝 肖男，楢本 悟史，経塚 淳子
  • 学会等名: 日本植物生理学会第64回大会
• [学会発表] ゼニゴケの細胞核光定位運動におけるキネシン様タンパク質MpKAC の機能的役割 (2023)
  • 著者名/発表者名: 岩渕 功誠，八木 宏樹，沖 奈那夏，横畑 伶奈，中田 亜紗美，広本 沙耶，小松 愛乃，酒井 友希， 高木 慎吾，西浜 竜一，河内 孝之，渡辺 洋平，上田 晴子，西村 いくこ
  • 学会等名: 日本植物生理学会第64回大会
• [学会発表] サイトカイニンによるタイ類ゼニゴケの栄養繁殖制御 (2022)
  • 著者名/発表者名: 小松 愛乃, 藤林 瑞季, 細矢 福多郎, 熊谷 風杜, 鈴木 秀政, 児玉 恭一, 竹林 裕美子, 小嶋 美紀子, 榊原 均, 経塚 淳子
  • 学会等名: 日本植物学会第86回大会
• [学会発表] 苔類ゼニゴケにおけるＫＬ信号伝達の下流因子探索 (2022)
  • 著者名/発表者名: 熊谷風杜、鈴木秀政、小松愛乃、児玉恭一、経塚淳子
  • 学会等名: 日本植物学会第86回大会
• [学会発表] KARRIKIN INSENSITIVE2 (KAI2)-dependent signaling pathway controls vegetative reproduction in Marchantia polymorpha (2022)
  • 著者名/発表者名: Aino Komatsu, Kyoichi Kodama, Yohei Mizuno, Mizuki Fujibayashi, Satoshi Naramoto, Junko Kyozuka
  • 学会等名: EMBO WORKSHOP 2022
  • 国際学会
• [学会発表] 苔類ゼニゴケ栄養繁殖のKL信号伝達系とサイトカイニンによる制御 (2022)
  • 著者名/発表者名: 小松愛乃, 藤林 瑞季, 細矢 福多郎, 熊谷 風杜, 鈴木 秀政, 児玉 恭一, 竹林 裕美子, 小嶋 美紀子, 榊原 均, 経塚 淳子
  • 学会等名: 第５回コケ幹細胞研究会
• [備考] 植物の栄養繁殖を制御するホルモンを発見 植物の旺盛な増殖力の起源の解明につながると期待
  • URL: https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2023/03/press20230315-01-kl.html
• [備考] Degree of Asexual Reproduction in Liverwort ...
  • URL: https://www.tohoku.ac.jp/en/press/degree_asexual_reproduction_in_liverwort_plants_is_hormonally_controlled.html
• [備考] 植物の栄養繁殖を制御するホルモンを発見 植物の旺盛な増殖力の起源の解明につながると期待
  • URL: https://www.lifesci.tohoku.ac.jp/research/results/detail---id-51182.html