2022-10-26 国立遺伝学研究所
植物の花粉は、雄しべ(葯(やく))の中で花粉母細胞が減数分裂をすることで作られます。減数分裂の過程は遺伝的に厳密に制御されていますが、特に花粉の形成に必要な減数分裂の開始に関わる分子メカニズムは未解明でした。本研究のヒントとなったのは、減数分裂開始直前の葯に一時的に蓄積する「カロース」と呼ばれる植物特有の高分子多糖類でした。カロースの葯への蓄積は、減数分裂開始の指標として古くから知られていましたが、減数分裂には関与せず、減数分裂後の花粉形成のみに必要と考えられてきました。
情報・システム研究機構 国立遺伝学研究所 野々村賢一准教授、ソマシェカー ハーシャ総合研究大学院大学 大学院生らの研究グループは、葯で高発現するカロースの合成酵素GSL5の機能が欠損するイネ変異体の解析から、GSL5が減数分裂期の葯におけるカロース合成の主要酵素であり、GSL5によるカロース合成が葯における減数分裂の「適切な開始時期と進行」に必須であることを証明しました。
本研究によって、長年の謎であった葯へのカロースの高蓄積が、減数分裂の開始と進行の制御に必要であることが明らかになりました。今後はGSL5およびGSL5を制御する遺伝機構の解析を進めます。カロースの機能は減数分裂に留まらず、植物の生育過程の全般における環境ストレスへの応答と密接に関係することが知られています。したがって、減数分裂とその後の生殖過程におけるGSL5機能の更なる解析は、地球規模の環境変動で懸念される穀物の収量低下に解決の糸口を与える研究への発展が期待できます。
本研究は、日本学術振興会 科研費21H04729および18H02181(野々村)、二国間交流事業(共同研究)JPJSBP120213510(野々村)の支援を受けて遂行しました。また、文科省 国費外国人留学生制度の支援、および総研大 研究論文掲載費の助成(ソマシェカー)を受けました。本研究で使用した変異体の一部 (mel2変異体) は、日本医療研究開発機構(AMED)ナショナルバイオリソースプロジェクト イネ(NBRP Rice)から分譲いただきました。
本研究成果は、英国科学雑誌「Plant Physiology」に2022年10月23日(日本時間)に掲載されました。
Rice GLUCAN SYNTHASE-LIKE5 promotes anther callose deposition to maintain meiosis initiation and progression
H. Somashekar, M. Mimura, K. Tsuda, K. I. Nonomura
Plant Physiology 2022 October 22 DOI:10.1093/plphys/kiac488
