京 正晴

領域名 植物科学

教員氏名   京 正晴

研究分野 植物細胞発生生物学

研究キーワード: 未成熟花粉、細胞培養、不定胚形成、分化全能性

最近の研究課題

1.Pollen Embryogenesis 誘導機構に関する研究

葯を培養すると内部の未成熟花粉が分裂を始め胚発生を開始することがある。1964年の発見以来、この現象(androgenesis)は半数体を利用した高効率育種法の実用化を期待して注目を集めたが、少数の例外を除いて、ほとんどの植物種では半数体の出現頻度は低くその育種法は普及していない。未成熟花粉が受精卵のような胚発生能力(分化全能性)を獲得するしくみを研究するため我々はタバコ未成熟花粉培養系を開発してきた1,5)。図1は、単離直後の未成熟花粉であるが、これを飢餓条件下で培養すると、特徴的な形態変化を伴って脱分化し(図2)、適切な培養条件下で不定胚形成を通じて幼植物体に発達させることができる(図3,A,B,C)。一般に、花粉の発生過程では栄養細胞は常にG1期に拘束されているが、飢餓条件下では 動植物に共通のE2Fmotifを有するS期プロモーターの活性化を伴ってDNA複製が始まる1)。他にも、本来の発生運命(成熟)では発現しない様々な遺伝子の発現3)、プロモーターの活性化2) リン酸化タンパク質の出現4)などが脱分化にリンクして観察される。種々の細胞内イベントの渦中で、どのような分子変化が分化全能性をもたらすのか、また、この培養法の原理が他の植物種にも応用できるかどうか、それらを見極めることが今後の課題である。

2.Regeneration-promoting 遺伝子の単離と応用

一般に形質転換植物を育成するためには、遺伝子を導入された細胞から個体を再生させる必要がある。しかしそれが難しい植物は少なくない。本研究室では体細胞に不定胚や不定芽を誘導する遺伝子を見いだし、それを搭載した植物形質転換用発現ベクターを開発し、個体再生の誘導が困難な植物種に適用できる遺伝子導入技術の開発を目指している。

代表的な研究業績

1) Kyo, et al. (2014) Timing of the G1/S transition in tobacco pollen vegetative cells as a primary step towards androgenesis in vitro. Plant Cell Reports 33:1595-1606

2) Yamaji and Kyo (2006) Two promoters conferring active gene expression in vegetative nuclei of tobacco immature pollen undergoing embryogenic dedifferentiation. Plant Cell Reports 25:749-757

3) Kyo, et al.(2003) Cloning and characterization of cDNAs associated with embryogenic dedifferentiation of tobacco immature pollen grains. Plant Science 164:1057-1066

4) Kyo and Harada (1990) Specific phosphoproteins in the initial period of   tobacco pollen embryogenesis. Planta :182:53-63

5) Kyo and Harada (1986) Control of the developmental pathway of tobacco  pollen in vitro. Planta 168: 427-432

Research Area: Plant Science 
Research Specialization: Plant Cellular and Developmental Biology 
Name: KYO, Masaharu

Keywords: immature pollen, cell culture, embryogenesis, totipotency

Recent Research

1.Pollen embryogenesis

Since the first observation in 1964, embryogenesis of immature pollen through anther culture is well known as an important means to producing haploid useful in a high-efficient breeding method. However, with the exception of a limited number of species, the frequency of the phenomenon is generally low and the breeding method is not popularized. To examine the process from immature pollen to totipotent embryogenic cells we developed a pollen culture system [1,5], where freshly isolated tobacco pollen grains at mid-bicellular stage (Panel1) dedifferentiate showing a specific aspect (Panel2) in 2 days under a starveling condition. Their totipotency could be verified through the subsequent culture (Panel3,A,B,C). Previously, we found various events highly associated with the dedifferentiation, for example, appearance of specific phosphorylated proteins [4], specific gene transcripts [3] and activation of specific promoters [2]. Recently, we revealed that the isolated pollen vegetative cells proceed to S phase within 24 h  as the first step towards embryogenesis, deviating from G1 arrest bound to maturation [1]. We hope these observations will be integrated to understand the induction mechanism of androgenesis.

2.Regeneration-promoting genes

It is a key subject in plant biotechnology to find “regeneration-promoting genes” because such genes are useful for producing transgenic plants more efficiently, especially in crops recalcitrant for traditional regeneration protocols in vitro using cytokinin. Recently, we found co-expression of specific two genes promotes the regeneration competency in tobacco leaf segment culture without cytokinin. We are working on transformation of some recalcitrant crops using an expression vector harboring the two genes.

References

1) Kyo, et al. (2014) Timing of the G1/S transition in tobacco pollen vegetative cells as a primary step towards androgenesis in vitro. Plant Cell Reports 33:1595-1606

2) Yamaji and Kyo (2006) Two promoters conferring active gene expression in vegetative nuclei of tobacco immature pollen undergoing embryogenic dedifferentiation. Plant Cell Reports 25:749-757

3) Kyo, et al.(2003) Cloning and characterization of cDNAs associated with embryogenic dedifferentiation of tobacco immature pollen grains. Plant Science 164:1057-1066

4) Kyo and Harada (1990) Specific phosphoproteins in the initial period of   tobacco pollen embryogenesis. Planta :182:53-63

5) Kyo and Harada (1986) Control of the developmental pathway of tobacco  pollen in vitro. Planta 168: 427-432

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