研究課題
生殖器官の形成は生物種の存続に必須の重要なイベントである。申請者は植物の生殖器官形成を制御する分子メカニズムを解析するため、シロイヌナズナ稔性低下変異体の探索を行い、花粉表層の構造が異常になる新規変異体を見出した。次いで同変異の原因遺伝子が小胞体からの小胞出芽に働くSec31のホモログ（AtSec31A）であることを明らかにし、細胞内小胞輸送が花粉形成に深く関わっていることを示した。小胞の出芽にはSec31に加え、Sec13、Sec23、Sec24タンパク質が働くことが知られている。申請者らはSec24ホモログに着目した。シロイヌナズナに3種のホモログ（AtSec24A、AtSec24B、AtSec24C)が存在し、AtSec24の変異については変異により小胞体形態異常が生じ、破壊により花粉発芽が起こらなくなることが知られている。本研究ではAtSec24BとCに着目し、機能解析を進めた。単独変異の場合、AtSec24Cでは表現型が観察されず、Bでは花粉発芽率の低下が観察された。2重破壊では雌雄それぞれの配偶体において発達が途中で停止することが示された。これらの結果より、AtSec24BとCが冗長的に配偶体形成に必須であり、Bは花粉発芽にも関与することが示された。またAtSec31Aについては、破壊株における網羅的解析を行い、ERストレスと一部類似した発現変動が起こっていることを明らかにした。特にSec31のもう一つのホモログであるAtSec31Bの発現が500倍上昇しており、AtSec31Aの欠損により代替的にAtSec31Bが増加していることが考えられた。AtSec31A破壊株で発現が上昇している転写因子も見つかっており、上記AtSec31Bの発現調節に関与すると考えられた。また、プロモーター解析を効率的に進めることが可能な植物用ベクターの開発も行った。
2: おおむね順調に進展している
シロイヌナズナには小胞出芽因子のホモログが複数存在する。特に生殖器官形成においてこれらホモログの機能を解析することが本研究の目的であった。これまでにAtSec24BとAtSec24Cについて、花粉四分子不分離変異を利用して詳細な遺伝解析を行い、AtSec24BとAtSec24Cが冗長的に花粉発達の特定ステージにまでに必要であることが示され、花粉形成におけるカロース壁形成とAtSec24の関連性を明らかにすることができた。また、花粉表層構造が以上となるAtSec31A破壊株について網羅的発現解析を行い、数多くの遺伝子発現変動が起こっていることを明らかにすることができた。この結果より、小胞出芽因子ホモログ間での発現調節という新たな制御機構の存在が示唆された。また、発現変化をモニターするための植物用ベクターの開発も行った。
小胞出芽因子のうち、残されたSec23ホモログについての解析を進める。シロイヌナズナには7個のSec23ホモログが存在するが、そのうち1つの遺伝子破壊により花粉表層パターンの変化が起こることを見出している。この原因について、花粉表層を形成するスポロポレニンの輸送装置の観点から解析を進める。また、Sec31A遺伝子破壊によるAtSec31B遺伝子発現上昇のメカニズムを解明するため、関与が予想される転写因子の破壊および過剰発現株を用いて解析を進める。
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