| Project Area | Plastid reprogramming dynamics |
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| Project/Area Number |
22H05077
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (III)
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
久野 裕 岡山大学, 資源植物科学研究所, 教授 (70415454)
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| Project Period (FY) |
2022-05-20 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥23,920,000 (Direct Cost: ¥18,400,000、Indirect Cost: ¥5,520,000)
Fiscal Year 2024: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000)
Fiscal Year 2023: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000)
Fiscal Year 2022: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000)
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| Keywords | 色素体 / オオムギ / 脱分化 / 再分化 / 遺伝子制御 |
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| Outline of Research at the Start |
植物細胞小器官のひとつである 色素体（プラスチド）は、植物の成長や環境変化に応じて形態および機能を「分化」させる。例えば未分化な細胞塊から植物体が再生する過程では、デンプン合成を担うアミロプラストから光合成を担う葉緑体へと色素体相が転換する。この色素体相転換は直接成立するのだろうか？ これらに関連する分子機構や普遍性等はほとんど明らかとなっていない。本研究では、色素体可視化オオムギ形質転換体を用いて、色素体の分化状態を規定または分化相転換を制御する遺伝子や物質などの因子を明らかにすることにより、イネ科植物における色素体分化と相転換メカニズムの解明を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物細胞オルガネラのひとつである 色素体（プラスチド）は、植物の成長や環境変化に応じて形態および機能を「分化」させる。本計画班では、組織培養系を用いて色素体の分化および脱分化を制御し、その過程での色素体相転換メカニズムの謎に迫る。本研究では、イネ科植物の中でも色素体の観察と単離が容易なオオムギの組織培養系を用いて、プロプラスチド、アミロプラストおよび葉緑体に着目し、色素体相転換を制御する因子を明らかにする。さらに、分化状態を規定する遺伝子およびタンパク質発現を明らかにして『色素体分化マーカー化』することにより、色素体の相転換メカニズムを解明することが本研究の目的である。さらに、色素体を主体とした制御による組織培養の効率化および植物組織における代謝物の効率的生産技術の開発を目指す。
本年度は、オオムギの止め葉、未熟胚、種子胚乳、幼苗の葉（明所・暗所）、子葉鞘（明所・暗所）、根（明所・暗所）、カルス、緑化カルス、再分化シュートにおけるRNA-seqデータを用いて詳細に発現遺伝子の変化等を解析した。いくつかの組織特異的発現遺伝子を見出し、プライマーを設計してマーカー化した。カルス、緑色カルス、再分化シュートのRNAを用いてRealtime－PCR法による発現解析を行った。さらに、同様のマーカーを用いてプラスチドゲノムのコピー数の変化を調査した。その結果、組織特異的にプラスチドゲノムコピー数が変化することを見出した。また、各組織の電顕解析を行い、プラスチドの形などの観察を行った。一方で、色素体をGFPで、デンプンをmCherryによって蛍光ラベルした形質転換オオムギを作出し、デンプン粒の観察と色素体の同時観察を可能にした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
RNA-seqの詳細な解析、遺伝子の組織特異的発現のマーカー化、色素体・デンプン可視化形質転換オオムギの作成など、計画通りに進めている。本年度は当初計画になかった電顕観察を行うなど、研究は論文化に向けて順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
オオムギの未熟胚からのカルス化（脱分化）の過程およびオオムギカルスからの緑色シュート再生（再分化）の過程を詳細に観察またはサンプリングして、どのように色素体が分化転換しているかを明らかにする。特に、カルスの状態や組織を細かく分割し、それぞれの状態と遺伝子発現状態を同時に観察する。得られたRNA-seqのデータを見直し、核コード遺伝子の発現が色素体の分化にどのように関わるかについて考察する。
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