作物のカルシウム欠乏耐性育種のための分子基盤構築

• Project/Area Number: 17J06965
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Plant nutrition/Soil science
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 鹿内 勇佑 東京大学, 農学生命科学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2017-04-26 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2017: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: カルシウム欠乏 / カロース / カルシウム / シロイヌナズナ

Outline of Annual Research Achievements

前年度に引き続き, シロイヌナズナの低カルシウム耐性におけるカロースの役割の解析と, 低カルシウム耐性に関与する遺伝子の同定を行なった.
カロースの役割の低カルシウム耐性の解析については, 前年度に引き続きカロース合成酵素遺伝子（GSL）変異株の解析を中心に行なった. シロイヌナズナに12あるGSL遺伝子のそれぞれの破壊株・変異株の死細胞の染色とカロース蓄積の観察を行なった. その結果, 低カルシウム条件でのカロースの蓄積の少ない系統では低カルシウム条件において顕著な細胞死を示すことが明らかになった. また, これらの系統の複数の組み合わせでの二重変異株の解析から, GSL遺伝子は低カルシウム条件での細胞死抑制に相加的に寄与することを見いだした. また, カロースの細胞死抑制への役割を調べるため, 活性酸素種の染色を行なった. その結果, 低カルシウム条件では過酸化水素の蓄積が見られ, その程度はgsl10変異株で大きいことを見いだし, 低カルシウム条件での細胞死におけるカロースと活性酸素種の関与が示唆された. なお, 前年度までに得ていたGSL10遺伝子に関するデータについては論文にまとめ, 受理された.
低カルシウム耐性に関与する遺伝子の同定を目的として, 低カルシウム感受性の変異株の遺伝学的解析とGWASを行なった. F3バルクDNAの次世代シーケンス解析を行ない, 候補領域を同定し候補原因遺伝子のリストを作成した. さらに, GWASで得られた候補領域中の遺伝子の変異株の表現型解析を行なった. 現在, 原因遺伝子の確定にまでは至っていないが, 上記の解析結果は未知の低カルシウム耐性遺伝子座の存在を示している.

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Callose Synthesis Suppresses Cell Death Induced by Low-Calcium Conditions in Leaves (2020)
  • Author(s): Shikanai Yusuke、Yoshida Ryosuke、Hirano Tomoko、Enomoto Yusuke、Li Baohai、Asada Mayu、Yamagami Mutsumi、Yamaguchi Katsushi、Shigenobu Shuji、Tabata Ryo、Sawa Shinichiro、Okada Hiroki、Ohya Yoshikazu、Kamiya Takehiro、Fujiwara Toru
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: 182 Issue: 4 Pages: 2199-2212
  • DOI: 10.1104/pp.19.00784
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis Of The Relationship Between Reactive Oxygen Species And Callose In Low-Ca Response In Arabidopsis (2020)
  • Author(s): Yusuke Shikanai, Takehiro Kamiya, Toru Fujiwara
  • Organizer: 第61回 日本植物生理学会年会
• [Presentation] シロイヌナズナ GSL 遺伝子ファミリーの欠損と低 Ca 条件で起こる細胞死との関係 (2019)
  • Author(s): 鹿内勇佑, 淺田真由, 黒木俊作, 山上睦, 重信秀治, 山口勝司, 神谷岳洋, 藤原徹
  • Organizer: 日本土壌肥料学会 2019年度静岡大会
• [Presentation] Analysis of contribution of GSL family to low-Ca tolerance in Arabidopsis thaliana (2019)
  • Author(s): Yusuke Shikanai, Mayu Asada, Shunsaku Kuroki, Mutsumi Yamagami, Shuji Shigenobu, Katsushi Yamaguchi, Takehiro Kamiya, Toru Fujiwara
  • Organizer: 第60回日本植物生理学会
• [Presentation] シロイヌナズナのカロース合成酵素遺伝子の低Ca耐性における作用部位と作用様式の解析 (2018)
  • Author(s): 鹿内勇佑、山上睦、重信秀治、山口勝司、神谷岳洋、藤原徹
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2018年度神奈川大会
• [Presentation] Callose synthesis suppress spread of cell death induced by low-Ca in Arabidopsis (2018)
  • Author(s): Yusuke Shikanai, Ryosuke Yoshida, Tomoko Hirano, Yusuke Enomoto, Yuko Kawara, Baohai Li, Mayu Asada, Mutsumi Yamagami, Shuji Shigenobu, Katsushi Yamaguchi, Shinichiro Sawa, Hiroki Okada, Yoshikazu Ohya, Takehiro Kamiya and Toru Fujiwara
  • Organizer: Biosynthesis and function of suberin
• [Presentation] カロース合成は低カルシウム条件による細胞死の拡大を抑制する (2018)
  • Author(s): Yusuke Shikanai, Ryosuke Yoshida, Tomoko Hirano, Yusuke Enomoto, Yuko Kawara, Baohai Li, Mayu Asada, Mutsumi Yamagami, Shuji Shigenobu, Katsushi Yamaguchi, Shinichiro Sawa, Hiroki Okada, Yoshikazu Ohya, Takehiro Kamiya and Toru Fujiwara
  • Organizer: 第12回 細胞壁研究者ネットワーク定例会