2020 Fiscal Year Annual Research Report
Study on the flexible sex determination in hexaploid persimmon
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19J23361
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
増田 佳苗 岡山大学, 環境生命科学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| Keywords | 倍数化 / カキ / 進化 / エピジェネティクス / 性決定 / ストレス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では, カキ属の高次倍数体種における性表現の揺らぎに関わる機構の解明を目指し, 「個体内における雌花・雄花両者の着生」や「雄花からの両性花の派生」に関わる遺伝的・環境的要因を検討した.
花単位の雌雄性にはOGI/MeGIのエピジェネティック制御が関わる報告があるが, 個体内の雌雄着花バイアスを決定する要因は明らかとなっていない. 六倍体では複雑なアレル組み合わせを考慮する必要があり, 倍数性ゲノムに適応させたGWAS解析法の開拓により, OGI/MeGIのエピジェネティック制御にはOGIアレル量が関与しており, OGIのcis制御が雌雄バイアスに関わる重要因子である可能性が示唆された. また, 樹内の性バランスを決定するOGIとは独立した遺伝因子の存在領域の特定に成功するとともに, 多数の品種群における共発現ネットワークから性決定最上流因子OGI/MeGIのエピジェネティック制御にストレスシグナル経路が関与する可能性を示している.
カキ属の複数の六倍体で特異的に見られる偶発的な両性花の派生機構についても研究を進めており，自然発生する両性花とサイトカイニン処理によって人工的に発生する両性花に関して, これら二つの分子経路を統合する因子RADIALIS (RAD)の特定に至っている. シロイヌナズナ/タバコにおけるカキ由来RAD過剰発現体では柱頭の肥大化が見られ, 六倍体栽培ガキにおける独立したシグナルを統合するとともに両性花派生に関わる鍵遺伝子RADが倍数体特異的に機能する新規経路の再構築が明らかとなった.
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
「樹内の性バランス決定因子」および「偶発的な両全性の派生因子」ともに, 候補の同定に至り, 証明系について実施中である.
樹内性バランス決定因子に関しては, OGI/MeGIのエピジェネティック制御を統御する候補遺伝子の選定を行い, OGIのアレル量および独立した遺伝因子の存在領域を特定した. 現在は, 多数の品種群における共発現ネットワーク解析を行い, ジャスモン酸シグナル経路および関連するストレスシグナルの関与を明らかとした. 実際に, ジャスモン酸の生合成量にも有意な違いが見受けられ, ジャスモン酸経路を介したエピジェネティック制御の可能性を検証している.
雄花由来の両性花派生に関しては, ABAおよびサイトカイニン(CK)の独立したシグナル経路が両性花派生に関与することを明らかとした. 二倍体へのABA・CK処理では, 両性花派生が生じなかったことから, 六倍体特異的な応答経路の存在が考えられた. ABA・CK処理に応答し, 六倍体特異的な発現パターンを示した遺伝子RADが両性花派生を統御する候補遺伝子として考えられ, 実際にシロイヌナズナ/タバコにおけるRAD遺伝子異所的発現系による機能検証を行ったところ, 雌蕊伸長が確認され, 両性花派生に関わることが示唆された. RAD遺伝子はこれまで花弁の形態形成に関与する遺伝子とされ, 雌蕊形成との関与が報告されておらず, 六倍体で新規に再構築された両性花派生経路であることが考えられた.
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究は, ゲノム倍化が駆動する性の揺らぎの進化過程を明らかにするものであり, 今後の研究方針の一つとして, 性表現の変化機構を起点として, 倍数化（ゲノム倍化）における新規（エピ）ゲノムワイドな制御変化の可能性も視野に入れて研究を進める.
樹内雌雄バランス決定因子に関しては, OGIのcis制御による雌雄バイアスに関わる重要因子であり, OGIプロモーター領域におけるトランスポゾン領域にDNAメチル化による変化はなかったことからOGIプロモーター領域におけるヒストン修飾状況の変化もしくはtrans因子による影響が考えられる. 今後は, ヒストン修飾状況の変化をChIP-seq解析にて明らかとしていくと同時に, 特定した候補遺伝子の機能検証のため, カキカルス・葉をOGI/MeGI制御のレポーター系として用い, 候補因子の形質転換に伴うOGI/MeGIにおけるsmall-RNA蓄積およびエピジェネティック状態の変化を調査する予定である.
両性花派生因子に関しては, これまで栽培ガキD.kakiにおいて六倍体で新規に再構築された経路を特定してきた. カキ属ではD.kakiとは独立した倍数化が生じているD.rhombifoliaやD.virginianaでの両性花の派生が確認されており, これらの両性花派生機構に着目することで, カキ属の両性花派生における新規経路の発現獲得機構の解明を目指していく.
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