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2023 年度 実施状況報告書

花粉管受精様式の要となる“精細胞―栄養核複合体”輸送の分子機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 22K15147
研究機関立命館大学

研究代表者

元村 一基  立命館大学, 生命科学部, 助教 (50844049)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
キーワード花粉管 / MGU / 細胞骨格 / シロイヌナズナ / 受精
研究実績の概要

被子植物の受精過程では、生殖細胞である"精細胞"が花粉管の核である"栄養核"と"雄性生殖単位"と呼ばれる複合体をつくり、花粉管を通って卵細胞まで辿り着く。我々の研究から、精細胞は栄養核とは独立した輸送駆動力を保持し、栄養核と協調的に雄性生殖単位輸送を制御するという、定説を覆す受精様式がみえてきた。そこで本研究ではこの知見を基盤に、MGU輸送の真なる制御機構を明らかにすることを目指している。
研究2年目となる本年度も、引き続き花粉管内での精細胞と栄養核の複合体輸送メカニズムに関して研究を進めた。具体的には、この複合体がどのようにして花粉管の先端に向かって効率的に輸送されるかの分子基盤を明らかにするために、微小管の役割を中心に研究を行った。この過程で、微小管タンパク質やキネシンのミュータントの表現型解析によって、微小管が精細胞と栄養核の位置決めに極めて重要であることが示唆された。
具体的には、微小管を不安定化させるキネシンであるキネシンの機能を抑制することで、精細胞―栄養核複合体の位置が前方へとシフトする現象を発見した。一方、微小管の変異体を用いた実験からは、微小管のダイナミクスが花粉管の成長と複合体の安定的な位置決めに不可欠であることが示された。
これらの研究成果は、我々が以前に提案した花粉管内での「精細胞―栄養核複合体」の独立した運動力に基づく理論を裏付けるものであり、植物の受精機構における微小管の役割についての理解を深める発見であったと考えている。これらの研究は論文にまとめ、プレプリントとしてbioRxiv誌に報告した。

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

研究初年度において確立した基本的な実験手法や遺伝子解析の枠組みを基に、2年目では特に微小管の役割に注目し、精細胞と栄養核の動態を詳細に調べた。微小管を不安定化するキネシンや微小管の変異体解析により、精細胞と栄養核の位置が花粉管の成長方向において前方へとシフトする現象を新たに発見し、この現象が受精成功率に直接的な影響を及ぼすことを明らかにした。
さらに、微小管の変異体を用いた実験では、微小管のダイナミクスが花粉管の成長と複合体の位置決めに不可欠であることが示された。これらの結果は、花粉管内での精細胞―栄養核複合体の位置決め機構が以前に想定されていたよりもはるかに複雑であることを示しており、微小管がこれらのプロセスを制御する上で中心的な役割を担っていることを示唆している。これらの成果は、プレプリントとしてbioRxiv誌に発表され、国際的な評価を受けている。
以上の成果から、おおむね順調に進展していると考えている。

今後の研究の推進方策

今後の研究推進としては、これまでの研究成果をさらに深堀することが必要である。具体的には、現在のプレプリントとして発表されている研究成果をさらに詳細に検証し、データを補強する実験を行う。これにより、データの信頼性を高め、原著論文としての質を向上させる。次に、これらの成果を原著論文として国際的な学術誌に投稿する計画である。特に、植物生物学の分野で影響力のあるジャーナルを目指し、研究の国際的な認知と影響を拡大したい。
さらに、今後の研究では、精細胞―栄養核複合体の輸送に影響を与える他の分子的要因にも焦点を当て、輸送メカニズムの全体像をより詳細に解明する。これには、新たな遺伝子編集技術を用いた変異体の作出や、最先端のイメージング技術を活用した観察を予定している。
これらの研究推進方策を通じて、花粉管内での“精細胞―栄養核複合体”の正確な位置決めとその制御機構の解明を目指し、植物の受精機構における基本的な疑問に答えることを目指している。

次年度使用額が生じた理由

ほぼ計画通りに研究を実施したが、年度末に本研究に関連した知見を得るために参加した植物生理学会の経費(旅費等)に関して、2024年度に確定・計上することとしたため。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] A non-canonical BZR/BES transcription factor regulates the development of haploid reproductive organs in Marchantia polymorpha2024

    • 著者名/発表者名
      Furuya Tomoyuki、Saegusa Natsumi、Yamaoka Shohei、Tomoita Yuki、Minamino Naoki、Niwa Masaki、Inoue Keisuke、Yamamoto Chiaki、Motomura Kazuki、Shimadzu Shunji、Nishihama Ryuichi、Ishizaki Kimitsune、Ueda Takashi、Fukaki Hidehiro、Kohchi Takayuki、Fukuda Hiroo、Kasahara Masahiro、Araki Takashi、Kondo Yuki
    • 雑誌名

      Nature Plants

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1038/s41477-024-01669-0

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Microtubules ensure transport of vegetative nuclei and sperm cells by fine-tuning their home positions2024

    • 著者名/発表者名
      Motomura Kazuki、Tsuchi Haruna、Komojiri Marin、Matsumoto Ayumi、Sugi Naoya、Susaki Daichi、Takeda Atsushi、Kinoshita Tetsu、Maruyama Daisuke
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1101/2024.01.31.578224

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Temporal Gene Expression and Functional Acquisition in Pollen Tubes2024

    • 著者名/発表者名
      Motomura Kazuki
    • 雑誌名

      Plant Morphology

      巻: - ページ: -

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] シロイヌナズナのポリA分解酵素変異体における花粉の成熟および発芽の欠損2024

    • 著者名/発表者名
      義平健太, 大室義希, 元村一基, 徳中琢, 濱島 充長, 荒江星拓, 千葉由佳子
    • 学会等名
      第65回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] シロイヌナズナの新規精細胞単離系の確立2024

    • 著者名/発表者名
      小橋 瑞香, 杉 直也, 須崎 大地, 元村 一基, 海老根 一生, 木下 哲, 丸山 大輔
    • 学会等名
      第65回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] Proposed molecular mechanism for persistent growth capability in physiologically anuclear pollen tubes2023

    • 著者名/発表者名
      Motomura Kazuki, Sugi Naoya, Takeda Atsushi, Yamaoka Shohei, Maruyama Daisuke
    • 学会等名
      the 33rd International Conference on Arabidopsis Research
    • 国際学会
  • [学会発表] Don’teat meシグナル受容体SIRPαの細胞外領域の大きさが機能に与える影響2023

    • 著者名/発表者名
      松井 耀史朗, 梶田 美穂子, 元村 一基, 越山 友美, 白壁 恭子
    • 学会等名
      第28回 日本病態プロテアーゼ学会学術集会
  • [学会発表] 花粉管の持続的な伸長制御の研究2023

    • 著者名/発表者名
      元村 一基
    • 学会等名
      日本植物形態学会 第35回大会
    • 招待講演
  • [学会発表] nbago2ゲノム編集植物におけるred clover necrotic mosaic virusの感染性に関する研究2023

    • 著者名/発表者名
      大橋 卓, 上四元 晴香, 元村 一基, 田原 緑, 竹田 篤史
    • 学会等名
      日本植物学会第87回大会
  • [学会発表] Nicotiana benthamianaにおけるrdr6ゲノム編集植物の表現型解析2023

    • 著者名/発表者名
      上田 颯一, 渡邊 瑞輝, 谷口 燿子, 元村 一基, 田原 緑, 竹田 篤史
    • 学会等名
      日本植物学会第87回大会
  • [学会発表] 花粉を舞台にした戦略的なRNA利用法の進化2023

    • 著者名/発表者名
      元村 一基
    • 学会等名
      日本植物学会第87回大会
    • 招待講演
  • [学会発表] Don’teat meシグナル受容体SIRPαの細胞外領域の大きさが機能に与える影響2023

    • 著者名/発表者名
      松井 耀史朗, 梶田 美穂子, 元村 一基, 越山 友美, 白壁 恭子
    • 学会等名
      第96回 日本生化学会大会
  • [学会発表] 組織常在性マクロファージによる変異細胞の認識メカニズムの解析2023

    • 著者名/発表者名
      田邉 駿弥, 梶田 美穂子, 元村 一基, 樗木 俊聡, 白壁 恭子
    • 学会等名
      第96回 日本生化学会大会
  • [学会発表] 花粉の成熟と機能獲得におけるポリA分解酵素の役割2023

    • 著者名/発表者名
      義平健太, 大室義希, 元村一基, 徳中琢, 荒江星拓, 千葉由佳子
    • 学会等名
      第11回 植物RNA 研究者ネットワークシンポジウム
  • [学会発表] 花粉管伸長制御における翻訳の重要性2023

    • 著者名/発表者名
      元村一基,XU Mengchan, 丸山大輔, 竹田篤史
    • 学会等名
      第11回 植物RNA 研究者ネットワークシンポジウム

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公開日: 2024-12-25  

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