植物の同種認証機構を生み出す分子メカニズムの解明

阐明植物中产生同源认证机制的分子机制

• 批准号: 19J20012
• 负责人: 長江 拓也
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J20012/
• 关键词: 種特異性; 花粉管誘引; リガンド受容体; 受容体

植物が子孫を残すためには、雄組織である花粉管が雌しべ組織内の奥深くに存在する卵細胞付近まで誘引される必要がある。この花粉管誘引は、同種と近縁種の花粉管は見分け、同種同士での優先的な受精を引き起こすための同種認証機構として作用すると考えられている。しかし、この同種認証機構の分子メカニズムについては雌しべ内で花粉管を観察することが難しいこと、花粉管と雌しべの連続的で協調的な細胞間コミュニケーションによって生み出されていると予想されるため、解析がほとんど進んでいなかった。本研究では、被子植物シロイヌナズナとその近縁異種を用いて(１)同種と異種の花粉管が雌しべ内の卵細胞にたどりつくまでの経路のどこに違いが生じるかを検証すること、(２)この同種認証機構に関わる分子メカニズムの一端を明らかにすることを目指した。(１)花粉管の化学組織染色に用いられてきたアニリンブルー染色を用いて、雌しべ内の花粉管を染色した後、深部観察が可能な二光子励起顕微鏡を用いて観察するための条件検討を行った。シロイヌナズナ、トレニアなどの雌しべ内を伸長する約30-100本の花粉管をそれぞれ区別して定量的な解析することが可能になった。シロイヌナズナ雌しべ内でシロイヌナズナとその近縁種の花粉管を観察したところ、異種の花粉管は雌しべ中心の花粉管の通り道である伝達組織に留まり続ける傾向が見られ、その後の誘引過程にも異常が生じていた。(２)(１)で見出された種間の違いがどのような因子によって生み出されるかを絞り込むために、雌しべの発生に異常をきたす複数の変異体を用いて解析を行った。いくつかの変異体において、野生型雌しべと比べ、花粉管が伝達組織内に留まりやすくなる傾向が見られた。今後は主に(２)の解析を進め、種特異性を生み出す組織、上流因子を絞り込んだ後、遺伝子発現解析などを行うことで種認証機構の実働因子の同定が期待できる。

为了让植物留下后代，花粉管（雄性组织）必须被吸引到位于雌蕊组织深处的卵细胞附近。这种花粉管吸引力被认为充当同种识别机制，以区分同一物种和密切相关物种的花粉管，并导致同种之间的优先受精。然而，这种同源认证机制的分子机制尚未被分析，因为很难观察到雌蕊内的花粉管，并且预期它是由花粉管和雌蕊之间持续且协作的细胞间通讯产生的，几乎没有。进步。在本研究中，我们使用被子植物拟南芥及其密切相关的异种来（1）验证相同和不同物种的花粉管到达雌蕊内的卵细胞的路径存在差异；验证机制中涉及的分子机制。 (1)使用用于花粉管化学组织染色的苯胺蓝染色法对雌蕊内部的花粉管进行染色后，研究了使用可进行深度观察的双光子激发显微镜的观察条件。人们可以区分并定量分析拟南芥和蓝猪草等植物雌蕊内延伸的大约 30-100 个花粉管。当我们在拟南芥雌蕊内观察拟南芥及其近缘种的花粉管时，我们发现不同物种的花粉管倾向于保留在传播组织中，即花粉管以雌蕊为中心的路径，并且有在随后的吸引过程中也出现了异常。 (2) 为了缩小导致(1)中发现的物种之间差异的因素，我们使用几种雌蕊发育异常的突变体进行了分析。在一些突变体中，花粉管比野生型雌蕊更容易保留在传播组织中。今后我们将主要从（2）的分析入手，缩小产生物种特异性的组织和上游因素，然后进行基因表达分析，有望找到物种鉴定中的活性因素机制。

项目成果

花粉管誘引における同種と異種を見分ける認証メカニズムの解明に向けて

阐明花粉管吸引中区分同种和异种的认证机制

• 发表时间: 2019
• 作者: 高橋悠記;佐々木隼人;日裏剛基;渡邉正輝;中野堅太;岡村匡史;佐々木宣哉;森山倭成;長江 拓也，武内 秀憲，須崎 大地，東山 哲也
• 通讯作者: 長江 拓也，武内 秀憲，須崎 大地，東山 哲也

Analysis of species recognition in Brassicaceae pollen tube guidance

十字花科花粉管引导中的物种识别分析

• 发表时间: 2020
• 作者: 長江拓也;武内秀憲;東山哲也
• 通讯作者: 東山哲也

生殖過程における同種と異種を見分ける認証機構の解明に向けて

阐明生殖过程中区分同种和异种的认证机制

• 发表时间: 2019
• 作者: 長江拓也;武内秀憲;東山哲也
• 通讯作者: 東山哲也

二光子顕微鏡を用いて生殖過程を定量的に捉え、異種と同種を見分ける認証機構に迫る

我们利用双光子显微镜定量捕捉生殖过程，探索区分不同物种与同一物种的认证机制。

• 发表时间: 2021
• 作者: Tani Hiroyuki;Miyamoto Ryo;Noguchi Syunya;Kurita Sena;Nagashima Tomokazu;Michishita Masaki;Yayoshi Naoko;Tamura Kyoichi;Bonkobara Makoto;森山倭成;長江 拓也，武内 秀憲，水多 陽子，東山 哲也
• 通讯作者: 長江 拓也，武内 秀憲，水多 陽子，東山 哲也

Analysis of species recognition in Arabidopsis pollen tube attraction

拟南芥花粉管吸引中的物种识别分析

• 发表时间: 2019
• 作者: Takuya Nagae;Hidenori Takeuchi;Tetsuya Higashiyama
• 通讯作者: Tetsuya Higashiyama