イネ科植物の耐湿性に関わる通気組織形成メカニズムの解明

• Project/Area Number: 12J05119
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Breeding science
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 山内 卓樹 名古屋大学, 生命農学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥3,630,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2014: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2013: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2012: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: イネ科植物 / 通気組織 / 耐湿性 / 通気組織形成 / 活性酸素種 / レーザーマイクロダイセクション

Outline of Annual Research Achievements

植物体内に形成される気体の通り道である通気組織は、耐湿性に関わる重要な形質であり、土壌中の酸素濃度が低下した低酸素状態において、地上部から根端部への酸素供給に寄与している。このことから、農業上重要な穀物を多く含むイネ科作物において、通気組織形成メカニズムを解明することが期待されている。イネの根の通気組織は好気的環境において根の成長に伴い形成される恒常的通気組織と過湿環境に応答して形成される誘導的通気組織に分類される。本年度は、誘導的通気組織形成過程において活性酸素種の発生を担う酵素であるrespiratory burst oxidase homolog (RBOH) をコードする遺伝子のAntisense鎖を発現させた形質転換体を作出し、一部の系統においてRBOH遺伝子の発現抑制がみられることを明らかにした。また、カルシウムを除いた生育条件（低酸素条件）においてイネの根の誘導的通気組織形成が抑制されることを明らかにし、RBOHの活性がcalcium dependent protein kinase（CDPK）によって活性化される可能性を見出した。さらに、イネの根の誘導的通気組織形成過程に特異的に発現誘導されるCDPK遺伝子を同定した。一方、イネなどの耐湿性の高いイネ科植物にしかみられない恒常的通気組織形成は過湿環境への適応において非常に重要である。本年度は、オーキシンシグナル伝達に異常のみられるイネの変異体の根では好気的な条件においても通気組織形成能の低下がみられることを示した。このことから、植物ホルモンのオーキシンが恒常的通気組織形成に関わることが示唆された。今後、恒常的通気組織形成の分子機構をさらに詳細に明らかにし、イネ科畑作物の根に恒常的通気組織形成能を賦与することができれば、将来的にはイネ科畑作物の耐湿性の向上に貢献すると期待している。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] イネ科植物の根における過湿環境への形態的な応答・適応機構. (2015)
  • Author(s): 山内卓樹, 中園幹生.
  • Journal Title: 根の研究（Root Research） Volume: 24 Pages: 23-35
  • NAID: 130005137754
  • Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Biochemical and molecular characterization of rice (Ofryza saliva L.) roots forming a barrier to radial oxygen loss. (2014)
  • Author(s): Kulichikhin, K., Yamauchi, T., Watanabe, K. and Nakazono, M.
  • Journal Title: Plant, Cell & Environment Volume: (印刷中) Issue: 10 Pages: 2406-2420
  • DOI: 10.1111/pce.12294
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Microarray analysis of laser-microdissected tissues indicates the biosynthesis of suberin in the outer part of roots during formation of a barrier to radial oxygen loss in rice (Oryza sativa). (2014)
  • Author(s): Shiono K, Yamauchi T, Yamazaki S, Mohanty B, Imran AIM, Nagamura Y, Nishizawa NK, Tsutsumi N, Colmer TD, Nakazono M.
  • Journal Title: Journal of Experimental Botany Volume: 65 Issue: 17 Pages: 4795-4806
  • DOI: 10.1093/jxb/eru235
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Ethylene and reactive oxygen species are involved in root aerenchyma formation and adaptation of wheat seedlings to oxygen-deficient conditions. (2014)
  • Author(s): Takaki Yamauchi, Kohtaro Watanabe, Aya Fukazawa, Hitoshi Mori, Fumitaka Abe, Kentaro Kawaguchi, Atsushi Oyanagi, Mikio Nakazono.
  • Journal Title: Joumal of Experimental Botany Volume: 65 Issue: 1 Pages: 261-273
  • DOI: 10.1093/jxb/ert371
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Adventitious roots of wheat seedlings that emerge in oxygen-deficient conditions have increased root diameters with highly developed lysigenous aerenchyma. (2014)
  • Author(s): Takaki Yamauchi, Fumitaka Abe, Kentaro Kawaguchi, Atsushi Oyanagi, Mikio Nakazono
  • Journal Title: Plant Signaling & Behavior Volume: 9(印刷中) Issue: 4 Pages: e28506-e28506
  • DOI: 10.4161/psb.28506
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Aerenchyma formation in crop species : a review. (2013)
  • Author(s): 山内卓樹
  • Journal Title: Field Crops Research Volume: (印刷中(in press) Pages: 8-16
  • DOI: 10.1016/j.fcr.2012.12.008
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 植物の通気組織形成過程におけるメタロチオネインの組織特異的な発現制御. (2012)
  • Author(s): 山内卓樹
  • Journal Title: 生化学,日本生化学 Volume: 84 Pages: 857-862
  • NAID: 10031122394
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 低酸素状態に応答したイネ不定根の皮層組織特異的な細胞肥大の制御機構の解析. (2014)
  • Author(s): 山内卓樹, 田中瑛大, 西澤直子, 中園幹生.
  • Organizer: 日本育種学会第126回講演会
  • Place of Presentation: 宮崎
  • Year and Date: 2014-09-26 – 2014-09-27
• [Presentation] イネの根の誘導的通気組織形成過程における極長鎖脂肪酸を介したエチレン生合成の促進 (2014)
  • Author(s): 山内 卓樹, 塩野 克宏, 高牟禮 逸朗, 森 仁志, 堤 伸浩, 加藤 清明, 中園 幹生
  • Organizer: 日本育種学会第125回講演会
  • Place of Presentation: 東北大学(宮城県)
  • Year and Date: 2014-03-22
• [Presentation] エチレンと活性酸素種によるコムギ幼植物体の嫌気ストレス応答と根の通気組織形成の制御. (2013)
  • Author(s): 山内 卓樹, 渡邊 宏太郎, 深澤 彩, 森 仁志, 安倍 史高, 川口 健太郎, 小柳 敦史, 中園 幹生
  • Organizer: 第39回根研究集会
  • Place of Presentation: 畜産草地研究所(栃木県)
  • Year and Date: 2013-11-10
• [Presentation] Involvement of auxin signaling in constitutive aerenchyma formation in rice root. (2013)
  • Author(s): Takaki Yamauchi, Hiroki Inahashi, Yoshiaki Nagamura, Naoko K Nishizawa, Yoshiaki Inukai, Mikio Nakazono
  • Organizer: 11th International Conference on Plant Anaerobiosis.
  • Place of Presentation: Los Banos, Laguna, Philinnines
  • Year and Date: 2013-10-09
• [Presentation] イネの根の通気組織形成におけるオーキシンの関与. (2013)
  • Author(s): 山内卓樹
  • Organizer: 日本育種学会第123回講演会
  • Place of Presentation: 東京農業大学(東京都)
  • Year and Date: 2013-03-28
• [Presentation] コムギの根における通気組織形成と過湿ストレス耐性の評価. (2012)
  • Author(s): 山内卓樹
  • Organizer: 日本育種学会第122回講演会
  • Place of Presentation: 京都産業大学(京都府)
  • Year and Date: 2012-09-16
• [Presentation] イネの耐湿性に関わる根の誘導的通気組織形成メカニズムの解析. (2012)
  • Author(s): 山内卓樹
  • Organizer: イネ遺伝学・分子生物学ワークショップ2012
  • Place of Presentation: 奈良県文化会館(奈良県)
  • Year and Date: 2012-07-05