分子発生生物学的アプローチによる陸上植物の雄性生殖器官および精子の分化過程の解析

利用分子发育生物学方法分析陆地植物雄性生殖器官和精子的分化过程

• 批准号: 14J01153
• 负责人: 肥後 あすか
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J01153/
• 关键词: 精子変態; トランスクリプトーム; ゼニゴケ; トランスクリプトーム解析; メタボローム解析; 植物の精子の形成過程; 国際情報交換; 精子変態; トランスクリプトーム; ゼニゴケ; トランスクリプトーム解析; メタボローム解析; 植物の精子の形成過程; 国際情報交換

申請書は、苔類ゼニゴケを用いて、陸上植物の精子の形成を制御する機構の理解を目指し、精子の形態形成や機能に関わる遺伝子の発現を制御する分子機構の解明を目的として本研究を行った。トランスクリプトーム解析により、造精器で高発現する遺伝子を同定した。Gene ontology解析により、同定した遺伝子には、細胞周期およびエピジェネティックな遺伝子発現制御に関与すると考えられる遺伝子が濃縮されるという、動物と被子植物の雄性配偶子形成との共通性が示された。造精器で高発現する遺伝子のうちから、動物の精子のクロマチン凝集に重要であるプロタミンと類似したアルギニンに富んだ領域を持つMpPROTAMINE-LIKE (MpPRM)を同定し、精子の核に局在することを示した。さらに、複数の鞭毛の構成因子遺伝子が精子変態初期で一過的に発現し、その後MpPRMが発現するという精子の形態形成または機能に関与する遺伝子発現の枠組みを示した。得られた成果は、申請者が筆頭著者である論文として国際誌に発表しており、動植物の有性生殖に関するシンポジウムでの発表を行った。さらに、申請者が同定した造精器特異的な転写因子のうちで、シロイヌナズナの精細胞の分化に重要なAtDUO1のゼニゴケ相同遺伝子であるMpDUO1に関して詳細な解析を行った。精子変態中の精細胞の細胞内構造を野生型と比較した結果、MpDUO1は、精子の形態形成に関わることが示唆された。また、MpDUO1の下流経路を解析した結果、AtDUO1とMpDUO1の機能の共通点と相違点とが見出された。以上の結果より、DUO1は、被子植物だけでなく、鞭毛を持つゼニゴケの雄性配偶子形成においても機能するが、その下流経路に位置する因子は、進化の過程で変化していることが示唆された。得られた成果は、申請者が筆頭著者である論文として投稿準備中である。

进行此应用是为了了解使用苔藓苔藓在土地植物中调节精子形成的机制，并阐明调节与精子形态发生和功能有关的基因表达的分子机制。转录组分析确定了在肥料中高度表达的基因。基因本体分析表明，动物和被子植物的男配子发生之间的共同点，其中鉴定的基因富含被认为与细胞周期有关的基因和表观遗传基因表达调节。在精子中高度表达的基因中，有一个类似精氨酸的区域类似于精素的精氨酸区域（MPPRM），这对动物精子中的染色质聚集很重要，并表明它位于精子核中。此外，我们已经显示了一个涉及精子形态发生或功能的基因表达的框架，其中多种鞭毛组成基因在精子变态的早期阶段暂时表达，随后由MPPRM表达。获得的结果发表在国际杂志上，作为申请人作为主要作者的论文，并在动物和植物的有性繁殖研讨会上发表。此外，在ATDUO1的同源基因MPDUO1上进行了详细的分析，这对于拟南芥中精子细胞的分化很重要，这是申请人所鉴定的精子细胞的转录因子中的。比较精子变态过程中精子细胞的细胞内结构与野生类型表明MPDUO1参与了精子形态发生。此外，分析了MPDUO1的下游路径，并发现ATDUO1和MPDUO1的功能相似，并且发现了差异。以上结果表明，二人组不仅在被子植物中的作用，而且在含鞭毛牛苔藓中的男配配物中起作用，而且在进化过程中，位于其下游路径的因子也会改变。目前正在为提交准备的结果作为申请人作为主要作者的论文。