【研究分野】応用生物化学

【研究領域課題番号】16K14903 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

植物 / 遺伝子 / 発生 / 生殖 / ゲノムインプリンティング / 胚乳

【研究成果の概要】

胚乳発達を制御する父性インプリント遺伝子の同定を目的として探索を進めた。
１．母性インプリント遺伝子とのコンフリクトに着目した探索：シロイヌナスナCol-0株に各種野生系統の花粉を受粉させて得た種子の多様性を指標にGWASを行い、種子サイズに影響を与える複数の遺伝子座と、複数の父性インプリント遺伝子候補を同定した。
２．DNAメチル化による発現制御に着目した探索：目的とする遺伝子の発現のDNAメチル化依存性に着目し、DNAメチル化変異株のトランスクリプトーム解析データをもとに候補遺伝子を抽出した。さらに、epiRIL系統との交配データをもとに種子サイズに影響を与えるメチル化ゲノム領域を絞り込んだ。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2016-04-01 - 2018-03-31

【配分額】3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)

【研究分野】応用生物化学

【研究領域課題番号】16H06380 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

植物 / 有性生殖 / 自家不和合性 / 自他識別 / シグナル伝達 / 進化 / 植物生化学 / 生殖 / 蛋白質

【研究成果の概要】

自家不和合性の自他識別に関わる花粉因子および雌蕊因子の立体構造と相互作用様式をタンパク質レベルで解明し、アブラナ科植物における自己認識およびナス科植物における非自己認識の実態を明らかにした。アブラナ科植物が特異なCa2+シグナル経路を使って不和合反応を誘起していること、ナス科植物が細胞毒として機能する雌蕊因子の非自己特異的分解を介して他家受精を可能にしていることを明らかにした。植物の多様な自家不和合性機構の獲得に環境変化等に応じた可逆的な自家和合化が関与したとする新たな進化モデルを提唱した。

【研究の社会的意義】

自己・非自己の識別は、生物の根幹を成す基本的性質である。また、自家不和合性は、植物が種の遺伝的多様性を獲得する上で不可欠の性質である。一方で、氷河期など植物が孤立する環境下では自家不和合性は生存にとって不利に働く。本研究は、自家不和合性の仕組みとその可塑性を明らかにし、植物が多様な性表現を獲得し繁栄してきた経緯の理解を目指すものである。持続可能な地球環境維持に向けて重要な基礎的視点を提供すると共に、新たな植物育種法の確立など農業面への応用展開も期待できる研究である。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2016-05-31 - 2021-03-31

【配分額】183,040千円 (直接経費: 140,800千円、間接経費: 42,240千円)

【研究分野】応用生物化学

【研究領域課題番号】16H02545 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

植物 / シグナル伝達 / 細胞間認識 / 生殖 / 自家不和合性 / アブラナ科 / ナス科 / バラ科 / 蛋白質

【研究成果の概要】

アブラナ科およびナス科・バラ科植物の自家不和合性の分子機構解明に向けて、以下の研究を展開した。
１）自己・非自己識別機構の蛋白質構造化学的解明：アブラナ科植物の雌ずい因子である受容体キナーゼSRKの細胞外ドメインの異種発現系の構築を目指して様々なアミノ酸残基改変を行い、比較的可溶性の改変型発現蛋白質を得ることが出来た。一方、ナス科植物の花粉因子であるF-box蛋白質群SLFsに関しては、同様なアミノ酸残基改変を試みたが、発現蛋白質はいずれも凝集してしまい、現時点では有効な改変は見出されていない。
２）自他認識から受精阻害あるいは受精促進に至るまでの分子機構解明：アブラナ科植物の自家受粉時における受精阻害には、グルタミン酸受容体GLRsを介した乳頭細胞内へのCa2+流入が関与することが示唆されている。これを実験的に証明する目的で、GLRsの多重変異体の作出と解析を進めた。ナス科植物の他家受粉時における雌ずい因子S-RNaseの無毒化機構を解明する目的で、雌ずいを伸長中の花粉管内のS-RNaseの挙動について免疫組織化学的解析を進めた。
３）非自己から自己認識への転換機構の解明：ナス科およびバラ科におけるS-RNaseとSLFsとの相互作用解析系の確立に向けて、S-RNase蛋白質の異種発現系による発現条件の検討を進めた。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2016-04-01 - 2017-03-31

【配分額】40,560千円 (直接経費: 31,200千円、間接経費: 9,360千円)

【研究分野】応用生物化学

【研究領域課題番号】25252021 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

植物 / シグナル伝達 / 細胞間認識 / 生殖 / 自家不和合性 / アブラナ科 / ナス科

【研究成果の概要】

アブラナ科およびナス科植物の自家不和合性の分子機構解明を目的とした。アブラナ科は、花粉SP11リガンドと雌ずいSRKリセプターとの「自己」特異的な結合を介して自己を認識している。今回SRK下流で、雌ずい細胞内にグルタミン酸受容体を介したCa2+の流入が起き、これにより自己花粉の発芽が阻害されていることを明らかにした。ナス科では、雌ずいの細胞毒（S-RNase）と花粉F-box蛋白質（SLFs）との「自己」特異的な非相互作用により自己花粉を排除している。今回ペチュニアで18種類のSLFsがSCF複合体を形成し、協調的に全ての非自己S-RNaseを無毒化していることを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【配分額】46,540千円 (直接経費: 35,800千円、間接経費: 10,740千円)

【研究分野】植物分子生物・生理学

【研究領域課題番号】24657030 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

植物 / 生殖 / 花粉 / 有糸分裂 / タペート細胞 / イメージング / シロイヌナズナ / 葯 / 細胞分裂 / 細胞質分裂 / 染色体倍加 / ライブイメージング / 減数分裂 / 花粉母細胞 / GFP / チューブリン / 細胞周期 / RFP

【研究成果の概要】

タペート細胞は葯壁の最内層を構成し、発達中の花粉が必要とするさまざまな物質を供給する哺育細胞である。この細胞の特徴は核を2個ずつ持つことである。我々はシロイヌナズナを用いたライブイメージングに取り組み、この二核化は葯内のタペート細胞で同調的に進行することを明らかにした。このとき前期前微小管束や隔膜形成体が正常に形成されておらず、これが有糸分裂は進行するのに細胞質分裂が起こらない原因であると推定した。一方、葯の発達後期では、タペート細胞はその崩壊に先立ってプロトプラスト化し、葯室内に潜り込むことがわかった。全ての花粉に均一にポレンコートを形成するのに寄与していると推定される。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)

【研究分野】応用生物化学

【研究領域課題番号】21248014 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

情報伝達 / 植物生殖 / 自家不和合性 / アブラナ科 / ナス科 / 植物 / シグナル伝達 / 生殖 / シロイヌナズナ

【研究成果の概要】

アブラナ科およびナス科植物の自家不和合性の分子機構解明を目的とした。アブラナ科では、主に雌ずい因子(SRK受容体キナーゼ)による花粉因子(SP11リガンド)の受容以降の情報伝達系の解明を進め、新たな因子候補の同定や変異株の取得に成功した。ナス科植物では、花粉因子(SLF)が複数のF-boxタンパク質群からなることを発見し、これらが非自己の雌ずい因子(S-RNase)を分担して認識するとする「協調的非自己認識モデル」を提唱した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】47,190千円 (直接経費: 36,300千円、間接経費: 10,890千円)

【研究分野】応用生物化学

【研究領域課題番号】18380069 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

シグナル伝達 / 植物 / 生殖 / リン酸化 / キナーゼ / 自家不和合性 / アブラナ科 / シロイヌナズナ

【研究成果の概要】

本研究は、アブラナ科植物の自家和合性変異株の原因遺伝子として同定された膜アンカー型細胞質キナーゼMLPKの自家不和合性情報伝達における機能解明を目的として行われた。
1.MLPKの機能の解明
MLPKが転写開始部位を異にする2種類の転写産物を介してN末端配列の異なる2種類の蛋白質に翻訳されること、両者共に乳頭細胞で発現し異なる機構で細胞膜上に局在すること、雌ずい因子のSRK受容体型キナーゼと直接相互作用し自家不和合性の情報を伝達する能力を有することを明らかにした。MLPKがSPKと共に花粉因子SP11に対する受容体複合体を構成している可能性を提唱した。
2.MLPKの標的分子の特定
酵母two hybrid系を用いてMLPKと相互作用する柱頭発現タンパク質を複数同定した。さらに、発現タンパク質を用いたin vitro結合実験およびin vitroリン酸化実験等により標的分子の絞り込みを行った。活性型MLPKとのみ特異的に結合し、高選択的にリン酸化される分子も存在し、有力なMLPK標的分子としてさらなる解析を継続中である。また、シロイヌナズナにおけるMLPKのオーソログ遺伝子と推定されるAPK1b遺伝子についてタグライン解析を行ったが、野生型と比較して異なる表現型は認められなかった。APKlbが自家不和合性の情報伝達系においてのみ機能している可能性と、他の機能も有するが遺伝子の冗長性により表現型が現れない可能性が示唆された。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2006 - 2007

【配分額】16,860千円 (直接経費: 14,700千円、間接経費: 2,160千円)