ヒメツリガネゴケをモデルとしてメスの生殖器官発生を運命づける転写因子PpRKDの同定に成功

【研究内容と成果】
1. PpRKD機能欠失変異株(Pprkd株)はメスの造卵器を発生しない
はじめに、ゲノム編集と相同組換えを用いて、それぞれPpRKD遺伝子座を改変し、機能欠失変異株(Pprkd株)を作製しました。Pprkd株は、オスの生殖器官は発生するものの、メスの生殖器官が全く発生しませんでした（図１）。PpRKD遺伝子は、DNA結合ドメインとしてRWP-RKドメインを有する、植物に特異的な転写因子をコードしていました。次に、Pprkd株に発生するオスの生殖器官（造精器）について、内部の精原細胞の分化状態に従って発生ステージを分け、発生ステージごとの造精器数を定量しましたが、野生株とPprkd株で顕著な差は観察されませんでした。また、卵が正常である株と、Pprkd株の精子を交配させる交配実験からも、Pprkd株の精子は、野生株と同様に受精能をもつことが分かりました。さらに、PpRKD遺伝子はメスの生殖器官である造卵器において特異的に発現していることも調べました。これらの結果は、PpRKDは、生殖器官発生において、メスの発生運命を担う因子であり、オスの生殖器官および精子の分化には関与しないことを示しています。
　
（添付：図１．野生株とPprkd変異株の茎頂の生殖器官）
　
2. PpRKDの発現誘導により、メスの造卵器発生が促進され、オスの造精器発生が抑制される
PpRKDの機能をより詳しく調べるため、エストロゲン添加依存的にPpRKDを発現する誘導的発現株を作製しました。このPpRKD誘導的発現株を用い、生殖器官誘導後にエストロゲンを添加し、茎頂に発生した生殖器官の種類ごとにカテゴリー分けを行い、生殖器官の数も定量しました。PpRKDを発現誘導すると、野生株やPpRKD発現誘導なしの条件ではほとんど見られない、造精器の発生が抑制されたオスとメスの区別がつかない生殖器官原基のみのもの（図２①）、内部の精子分化が停滞した異常な造精器を発生したもの（図２③）、本来造精器が発生するはずの場所にメス様の造卵器様器官*注2）のみが発生したもの（図２④）、精子分化が停滞した異常な造精器とメス様の造卵器様器官を発生したもの（図２⑥）が多く観察されました（図２）。加えて、野生株およびPpRKD発現誘導なしの条件に比べて、PpRKD発現誘導ありの条件では、造精器数は減少し、精子分化が停滞した異常な造精器および造卵器様器官の数が増加していました。これらの結果は、PpRKDの発現により、オスの発生が抑制され、メス様器官の発生が促進されたことを示しています。