【研究分野】園芸科学

【研究領域課題番号】16K14843 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

食用アスパラガス / 性決定 / 遺伝子 / DNAマーカー / 植物ホルモン / 生殖 / アスパラガス / 雌雄性 / 花 / 形態形成 / 生理活性物質 / ホルモン・生理活性物質 / 転写因子 / 園芸学 / 遺伝学 / ゲノム / 発生・分化

【研究成果の概要】

モデル植物・シロイヌナズナにおいては、MYB35という遺伝子を欠損すると雄性不稔となることが知られていたが、食用アスパラガスにおいては、これによく似た遺伝子（AoMYB35）が雄株にのみ存在し、雌株に存在しないということを明らかにした。AoMYB35は食用アスパラガスの雌雄性決定遺伝子の候補として有力なものである。また、雌花の雄蕊における細胞死を特徴づけると共に、食用アスパラガスの各花器官（花被片、雌蕊、雄蕊）の転写産物を網羅的に解析し、食用アスパラガスの雌雄性に関わる遺伝子を絞り込んだ。生理活性物質により食用アスパラガスの雌雄性（雌蕊・雄蕊の発達）を制御することには失敗した。

【研究の社会的意義】

食用アスパラガスにおいて太い若茎を得るには、株を数年育成させる必要がある。露地においては、雌株には種子が着くが、これが地面に落ちると商品価値のない若い株が生じ、これは栽培管理上不都合である。このことから、露地での食用アスパラガス生産には雄株を用いるのが望ましい。雌株と雄株は通常花の形態により判別するが、花が着くまでには二年程度かかる。本研究により、AoMYB35という遺伝子が雄株にのみ存在することが見出された。これを用いれば、花の着生を待たずに雌雄を判別できる。これを利用すれば雌雄を転換させることも可能になるかもしれない。そのような技術は食用アスパラガスの品種育成にも資する可能性がある。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)

【研究分野】生物多様性・分類

【研究領域課題番号】15H05236 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

系統分類 / 共生進化 / 形態形成 / 植物系統分類学 / 形態形成遺伝子 / 生物多様性 / 遺伝子 / 共生

【研究成果の概要】

ボルネオ島固有種のCallicarpa saccataという植物は，日本にも分布するムラサキシキブの仲間であるが，葉の基部が袋状になり，その中にアリが住むという特殊な形質をもつ．野外調査と分子系統解析により，花外蜜腺の役割をもつ腺点や枝の空洞といった，アリ植物としてはより一般的な形態特徴をもつ複数の他の種が近縁種に存在することが明らかになり，アリとの共進化が段階的に起こったことが示された．
一方，葉身基部の袋を形成する遺伝的な背景として，シロイヌナズナにおいて葉身の発生異常に関することが知られているBOP相同遺伝子がC. saccatasの葉原基の基部で発現していることがわかった．

【研究の社会的意義】

生物種は互いにさまざまな相互作用を行いながら，複雑な生態系を形成している．その中でも特に，強い固有の結びつきを持つ特異的な関係は，その進化の過程において影響し合う共進化によって生じてきたと考えられる．
アリ植物はその特殊な例のひとつであり，多くの植物のグループで知られている．しかし，本研究で発見されたような，近縁な種間にアリとの段階的な共生系が存在している例は稀であり，共進化の過程を理解する上で大きな意義が認められる．
一方，特殊な形態変化が生じる遺伝的背景に関わる遺伝子が特定できたので，今後，形態発生における遺伝子発現のメカミズムとその進化背景についての解明が進むことが期待できる．

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】16,510千円 (直接経費: 12,700千円、間接経費: 3,810千円)

【研究分野】形態・構造

【研究領域課題番号】19570060 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

シロイヌナズナ / ヒメツリガネゴケ / カラマツ / ANGUSTIFOLIA / EvoDevo / 植物 / 遺伝子 / 進化 / 発生・分化 / 形態形成

【研究成果の概要】

ANGUSTIFOLIA(AN)遺伝子は、シロイヌナズナにおいて葉の細胞の横幅方向への極性伸長やトライコームの分岐数の制御に関わっている。ヒメツリガネゴケの持つ4つのAN遺伝子(PpAN)についてそれぞれ遺伝子破壊実験を行ったが、単一遺伝子の機能欠損では、野生型と異なる形態変化は生じなかった。また、PpAN1-1が茎葉体の茎の部分で強く発現することを見いだした。更に、カラマツ及びゼニゴケのAN遺伝子はシロイヌナズナ中でANと同等の機能を持つことを明らかとした。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究分野】層位・古生物学

【研究領域課題番号】15104009 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

進化 / 発生・分化 / 動物 / ゲノム / 遺伝子 / バイオミネラリゼーション / 形態形成 / 軟体動物 / 貝殻形成 / 発生進化学 / 発生遺伝学 / Lymnaea

【研究成果の概要】

本計画では,(1)貝殻形成のマスター遺伝子,(2)貝殻分泌の制御因子,(3)貝殻の左右非対称性の制御因子の単離・同定と機能の解明を通して,貝殻の進化過程や進化機構を考察することを目的とした研究を行い,以下の成果を得た.
(1) 殻体形成のマスター遺伝子
転写調節因子engrailedと分泌成長因子dppのモノアラガイでの相同遺伝子の発現パターンを調べた結果engrailedは他の軟体動物と同様に貝殻腺の周縁において発現している一方で,dppはカサガイとは異なり,陥入している貝殻腺の右側で発現していることを発見した.
(2) 貝殻分泌の制御タンパク質
モノアラガイを含む有肺類8種から貝殻基質タンパク質ダーマトポンティンを同定して系統解析を行い,有肺類の中で少なくとも2回独立に遺伝子重複が起きたこと,化石記録との比較からその重複は中生代以降に起きたことを明らかにした.また,アコヤガイでは,著しくアスパラギン酸に富んだ超酸性貝殻基質タンパク質アスペインの構造を明らかにし,アスペインがカルサイトの選択的沈殿の制御因子であることを発現パターンの解析とin vitroの結晶成長実験によって示した.
(3) 巻貝の巻きの制御因子
モノアラガイの左巻き個体の外套膜の左側と右側で非対称的に発現している遺伝子をHiCEP法を用いて網羅的に探索し,合計11588個の遺伝子が外套膜で発現していること,また左右で発現量が有意に異なる遺伝子が数十に及ぶことを示した.左右で大きな変動を示す20個の遺伝子について,その構造と機能の解析を継続して行っている.

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2003 - 2007

【配分額】106,210千円 (直接経費: 81,700千円、間接経費: 24,510千円)

【研究分野】遺伝

【研究領域課題番号】12440214 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

植物特異的遺伝子 / 葉形態形成 / 発生遺伝学 / 分子遺伝学 / シロイヌナズナ / 極性 / 植物特異的遺伝子群 / 形態形成 / 葉形態 / 分子メカニズム / 遺伝子 / 細胞伸長

【研究成果の概要】

植物特異的な葉形態形成遺伝子群の解析の結果、以下のような成果が得られた。
葉細胞の極性伸長制御系:横幅を制御するAN遺伝子をcloningした結果、CtBPのホモログをコードすること、しかも植物特異的なサブファミリーの一員であることが判明した(Kim et al.,2002)。酵母two hybrid系の実験から、ANはC端で自己相互作用することが判明した(Kim et al.,2002)。また、九大・仁田坂博士と熊本大・高野博士の協力で単離された、アサガオでのホモログIANとゼニゴケでのホモログMANは、シロイヌナズナan-1の表現型を部分的に相補した。したがって、植物特異的なサブファミリー間では、機能が保持されていると推定される。次に、an変異のもとでANの組織特異的・器官特異的発現を行ない、器官の形状を決定する組織間の相互作用を解析した。
一方、縦長を制御する植物特異的なチトクロムP450遺伝子、ROT3については、配列上最も類似したCYP90D1と共に、発現解析と光環境に対する応答性とについて解析を行なった。その結果rot3-1変異体は、あらゆる光に対する葉身・葉柄伸長反応が失われていることが判明した。また暗所での葉柄の伸長パターンと、CYP90D1プロモーターの発現パターンとの間に、一定の連関が認められた。さらに、それぞれの遺伝子産物がコードする酵素の代謝する生化学反応を、各種中間体の投与およびトランスジェニック植物の生化学的分析により、同定した。また光による葉の展開過程の制御を詳細に解析し、Phytochromeを介した葉の展開制御には軸極性が認められること、細胞伸長と細胞分裂とは、それぞれ異なる制御をうけていること、葉柄と葉身とでは、各種光に対する反応が異なること、等を明らかとした(Tsukaya et al.2002)。
葉身における細胞分裂の極性制御:植物に特異的な植物ホルモン、ブラシノステロイドによる葉の展開の促進効果について、その合成系の変異体を活用して詳細に解析した結果、ブラシノステロイドが細胞伸長のみならず、細胞分裂をも促進することが明からとなった(Nakaya et al.2002)。さらに葉の横幅方向への細胞数が減少した細葉の変異体、an3について、原因遺伝子のクローニングを行なった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2000 - 2002

【配分額】15,400千円 (直接経費: 15,400千円)