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

2023 年度 実績報告書

• 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5年度は、以下の解析を行なった。
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。また、この標的遺伝子の機能について解析を行い、標的遺伝子を介したKL信号伝達の制御機構を明らかにした。
令和4年度と令和5年度の解析結果をまとめ、Current biology誌に論文を発表した。研究期間全体を通して、KL信号伝達が標的遺伝子を介して栄養繁殖を制御する仕組みの一部を明らかにすることができた。植物に共通するKL信号伝達の分子機構解明に貢献できる知見が得られた。また、さらなる解析の候補となる標的遺伝子群が得られているため、今後はこれらの遺伝子の機能とKL信号伝達による制御機構を発展的に解析することで、KL信号伝達による栄養繁殖の制御機構の全容解明につながると期待される。

研究成果

• [雑誌論文] DIENELACTONE HYDROLASE LIKE PROTEIN1 negatively regulates the KAI2-ligand pathway in Marchantia polymorpha (2023)
  • 著者名/発表者名: Kameoka Hiromu、Shimazaki Shota、Mashiguchi Kiyoshi、Watanabe Bunta、Komatsu Aino、Yoda Akiyoshi、Mizuno Yohei、Kodama Kyoichi、Okamoto Masanori、Nomura Takahito、Yamaguchi Shinjiro、Kyozuka Junko
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 33 ページ: 3505～3513.e5
  • DOI: 10.1016/j.cub.2023.06.083
  • 査読あり
• [雑誌論文] Harnessing Deep Learning to Analyze Cryptic Morphological Variability of?<i>Marchantia polymorpha</i> (2023)
  • 著者名/発表者名: Tomizawa Yoko、Minamino Naoki、Shimokawa Eita、Kawamura Shogo、Komatsu Aino、Hiwatashi Takuma、Nishihama Ryuichi、Ueda Takashi、Kohchi Takayuki、Kondo Yohei
  • 雑誌名: Plant And Cell Physiology 巻: 64 ページ: 1343～1355
  • DOI: 10.1093/pcp/pcad117
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Control of vegetative reproduction of Marchantia polymorpha by the KL signaling (2024)
  • 著者名/発表者名: Aino Komatsu, Hidemasa Suzuki, Yohei Mizuno, Yuki Hata, Yumiko Takebayashi, Mikiko Kojima, Hitoshi Sakakibara, Junko Kyozuka
  • 学会等名: 2024 International Conference on the Molecular Biology of Streptophytes, ICMBS
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] KL signaling pathway regulates vegetative reproduction via cytokinin biosynthesis in Marchantia polymorpha. (2023)
  • 著者名/発表者名: Aino Komatsu, Mizuki Fujibayashi, Fukutaro Hosoya, Kazato Kumagai, Hidemasa Suzuki, Kyoichi Kodama, Yohei Mizuno, Yumiko Takebayashi, Mikiko Kojima, Hitoshi Sakakibara, Xiaonan Xie, Satoshi Naramoto, Junko Kyozuka
  • 学会等名: IPGSA,The 24th International Conference on Plant Growth Substances
  • 国際学会
• [学会発表] KL信号伝達によるゼニゴケ栄養繁殖の制御 (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: 日本植物学会第87回大会
• [学会発表] KL signaling pathway regulates vegetative reproduction via cytokinin biosynthesis in Marchantia polymorpha (2023)
  • 著者名/発表者名: Aino Komatsu, Mizuki Fujibayashi, Kazato Kumagai, Hidemasa Suzuki, Hitoshi Sakakibara, Junko Kyozuka
  • 学会等名: Taiwan-Japan Plant Biology 2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [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] 2023年度 東北大学優秀女性研究者賞「紫千代萩賞」受賞者決定
  • URL: https://dei.tohoku.ac.jp/news/32581/