平成28年度文部科学省科学研究費補助金 新学術領域研究

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植物新種誕生原理植物新種誕生原理

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研究経過

【プレスリリース】花粉数を制御する遺伝子を発見~精細胞を減らすことが自家生殖種では有利という進化理論を実証~(瀬々班、土松班)

June 8, 2020 2:08 PM

Category:新聞発表・メディア報道, 研究成果

main:土松班, 瀬々班

横浜市立大学 木原生物学研究所 清水健太郎 客員教授(チューリッヒ大学 教授兼任、瀬々班)、千葉大学 土松隆志 客員准教授(東京大学大学院理学系研究科 准教授兼任)、新潟大学 角井宏行 特任助教(前横浜市立大学 特任助教)らの研究グループは、名古屋大学、ドイツ、オーストリアの研究機関を含む国際的な共同研究で、植物の花粉数を制御する遺伝子RDP1を同定しました。

 

 また、ゲノム編集を用いて系統 (品種)間の量的な形質のわずかな差を検出する方法を確立しました。RDP1遺伝子の系統間でのわずかな機能の違いを、この方法により定量的に示すことに成功しました。さらに、ゲノム配列中の変異の頻度を系統間で比較することにより、自家生殖する植物では、精細胞の数つまり花粉の数を減らすことが有利になりうるという進化生物学の理論を裏付けました。

 

花粉の数を制御することは、効率的な交配のために花粉数を増やしたり、花粉症への対策のために花粉数を減らしたりといった実用化が期待され、農学的な視点からも医学的な視点からも注目を集めています。今後、本研究によって同定されたRDP1遺伝子を利用して植物の花粉数を制御する育種技術の開発が期待されます。

 
※本研究は『Nature Communications』に掲載されました。(日本時間6月8日18時付オンライン)

 

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図 シロイヌナズナの花の構造 (左)と雄しべのアレキサンダー染色画像(右)。

生きた花粉が紫色に染色されている。野生型と比較するとrdp1変異体の雄しべ内の花粉が顕著に減少していることが観察された。

 

 

<発表論文>

Adaptive reduction of male gamete number in the selfing plant Arabidopsis thaliana

Takashi Tsuchimatsu*, Hiroyuki Kakui*, Misako Yamazaki, Cindy Marona, Hiroki Tsutsui, Afif Hedhly, Dazhe Meng, Yutaka Sato, Thomas Städler, Ueli Grossniklaus, Masahiro M. Kanaoka, Michael Lenhard, Magnus Nordborg and Kentaro K. Shimizu (* は共に筆頭著者)

掲載誌: Nature Communications DOI: 10.1038/s41467-020-16679-7

 

 

〇詳細はこちらをご覧ください> 横浜市立大学プレスリリース

 

7/9追記

本研究の成果がメディアにも取り上げられました。

ぜひご覧ください。

〇にいがた経済新聞
https://www.niikei.jp/38278/

 

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にいがた経済新聞との取材の様子

本領域のメンバーが令和2年度文部科学大臣表彰<若手科学者賞>を受賞しました!

June 2, 2020 4:58 PM

Category:受賞関連

main:土松班, 高山班

この度、令和2年度文部科学大臣表彰にて、計画研究(高山班)の藤井壮太 助教(東京大学大学院農学生命科学研究科)ならびに公募研究班の土松隆志 准教授(東京大学大学院理学系研究科)の2名が<若手科学者賞>を受賞されました。

 

残念ながら今年度はコロナウイルス感染症の影響で授賞式が中止になってしまいましたので、代わりに緊急事態宣言明けの6/2にお2人で記念撮影を行っていただきました。

 

ダブル受賞、おめでとうございます!

 

MEXT prize2.jpg

 

◆藤井 壮太 (東京大学大学院農学生命科学研究科 助教)

受賞業績「植物の多様性進化を決定する生殖分子の研究」

 

◆土松 隆志 (東京大学大学院理学系研究科 准教授)

受賞業績「植物における適応形質の進化の遺伝的基盤に関する研究」

 

 

◆詳細はこちらをご覧ください。

令和2年度文部科学大臣表彰

https://www.mext.go.jp/b_menu/houdou/mext_00187.html

小胞体品質管理機構は高温下での葯の発達に重要である(西川班)

April 30, 2020 3:39 PM

Category:研究成果

main:西川班

西川班では、東北大学大学院農学研究科の山本雅也助教、京都産業大学の木村成介教授、遠藤斗志也教授との共同研究で、小胞体品質管理機構が高温下でのシロイヌナズナの葯の発達に重要であることを示しました。

 

タンパク質の構造は、高温をはじめとする様々なストレスの影響を受け、ストレス条件下では構造が変成した異常タンパク質が生じます。細胞内には、タンパク質の構造形成を監視し、生じる異常タンパク質を処理する品質管理機構が存在します。タンパク質の品質管理では、様々な分子シャペロンが働いています。

 本論文では、小胞体品質管理で機能する小胞体分子シャペロンERdj3Bに関するシロイヌナズナ変異株が、29℃という高温条件下ではほとんど種子をつけないことを報告しました。解析の結果、これは葯の発達異常によることが示され、ERdj3Bによる小胞体品質管理が高温ストレス下での葯の発達に重要な役割をはたしていることがわかりました。

 

本研究成果はPlant Physiology誌に掲載されました。

 

<発表論文>

Yamamoto, M., Uji, S., Sugiyama, T., Sakamoto, T., Kimura, S., Endo, T., and Nishikawa, S. (2020) ERdj3B-mediated quality control maintains anther development at high temperatures. Plant Physiol. 182: 1979-1990. doi: 10.1104/pp.19.01356

http://www.plantphysiol.org/content/182/4/1979

受精とカップルした精核融合が正常な胚乳形成に必要であることを解明(西川班)

March 23, 2020 5:50 PM

Category:研究成果

main:丸山班, 東山班, 西川班

西川班は、丸山班および東山班との共同研究で、正常な胚乳形成には受精とカップルした精核融合が必要であることを明らかにしました。

 

本研究では、小胞体分子シャペロンHsp70であるBiP、およびその制御因子である小胞体Jタンパク質に関する変異株が示す種子形成異常の原因を明らかにするため、ライブイメージング解析を行いました。その結果、これら変異株の雌性配偶体では、受精後に中央細胞における精核融合が欠損していることが明らかとなりました。融合しなかった精核は、最初の胚乳核分裂の際に中央細胞核と融合します。しかし、クロマチンが凝縮したままの精核が分裂過程の核と融合するため、その後の胚乳核分裂が異常となることが明らかとなりました。

 

本研究は、受精の際に精核融合がおこる意義を初めて明らかにするものであります。本研究の成果はPlant and Cell Physiology誌に背掲載されました。また、本論文は掲載号のResearch Highlightsに選ばれるとともに、本研究に関連する写真が掲載号の表紙に選ばれました。

 

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Volume 61, Issue 1, January 2020(写真撮影:丸山大輔博士、横浜市立大学)
 

<発表論文>

Maruyama, D., Higashiyama, T., Endo, T., and Nishikawa, S. (2020) Fertilization-Coupled Sperm Nuclear Fusion is Required for Normal Endosperm Nuclear Proliferation. Plant Cell Physiol. 61: 29-40. doi: 10.1093/pcp/pcz158

https://academic.oup.com/pcp/article/61/1/29/5549723

 

Research Highlights: https://academic.oup.com/pcp/pages/research_highlights_2020_01

雌性配偶体を用いた遺伝子発現誘導実験系を開発(西川班)

March 23, 2020 3:47 PM

Category:研究成果

main:西川班

西川班では、基礎生物学研究所の亀井保博特任准教授、岐阜聖徳学園大学の浦和博子准教授との共同研究で、シロイヌナズナの雌性配偶体特異的な遺伝子発現誘導実験系を開発しました。

 

この実験系は、熱ショックによるCre/loxP部位徳的組換えの誘導と、雌性配偶体特異的プロモーターを組み合わせたもので、雌性配偶体や花序の短時間の熱処理(35℃で5分間程度)によって、効率良く遺伝子発現の誘導を行うことができます。この実験系を用いて、雌性配偶体形成過程の極核融合に核内膜のSunタンパク質の機能が必要であることを明らかにしました。この実験系は、雌性配偶体における様々な遺伝子の機能解析に応用できると期待されます。

 

本研究成果は、Plant and Cell Physiology誌に掲載されました。

 

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図:本研究で作成した遺伝子発現誘導実験系

pES2とH2B-GFPはそれぞれ、ES2プロモーター(雌性配偶体特異的遺伝子発現調節領域)とHistone H2B-GFP遺伝子を示す。作製したシロイヌナズナの雌性配偶体ではES2プロモーターによってHistone H2B-GFPが発現する。この植物の花芽を短時間熱処理すると、Cre-loxP部位特異的組換えによってHistone H2B-GFP遺伝子が除去され、標的遺伝子が発現するようになる。

(出展:新潟大学プレスリリースより)

 

<発表論文>

Hwang, D.*, Wada, S.*, Takahashi, A.*, Urawa, H., Kamei, Y., and Nishikawa, S. (2019) Development of a Heat-inducible Gene Expression System using Female Gametophytes of Arabidopsis thaliana. Plant Cell Physiol. 60: 2564-2572. doi: 10.1093/pcp/pcz148

(* these authors contributed equally)

https://academic.oup.com/pcp/article/60/11/2564/5540315

 

プレスリリース: https://www.niigata-u.ac.jp/news/2019/59352/

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