Elucidation of systemic control mechanism of nodule development via long-distant mobile signals
| Project/Area Number |
20H03283
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 44030:Plant molecular biology and physiology-related
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| Research Institution | National Institute for Basic Biology |
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Principal Investigator |
川口 正代司 基礎生物学研究所, 共生システム研究部門, 教授 (30260508)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Fiscal Year 2020: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
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| Keywords | 共生 / 根粒形成 / 遠距離シグナル / システミック制御 / ミヤコグサ / 遠距離シグナル伝達 / HAR1 / microRNA / 葉制御 / TML / 全身制御 / オートレギュレーション |
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| Outline of Research at the Start |
窒素はすべての生物において必須の元素であるが、大気中の窒素を直接利用できる真核生物は存在しない。一方、マメ科植物は根粒菌を細胞内に取り込むことによって窒素を常温常圧でアンモニアに変換し、窒素養分として利用することができる。この根粒菌とマメ科植物の共生バランスは、根と葉を介した遠距離コミュニケーションによって制御されている。本研究では、葉から根への遠距離シグナル伝達機構に焦点をあて、その分子レベルでの解明と、根の感染情報を葉に伝達する適応的意義について研究する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
１、根粒形成が「葉」で制御される生物学的意義の探索
地下部の共生や発生制御、窒素情報を地上部に伝達する生物学的意義は明らかにされていない。その手がかりを得るために、根粒菌感染や硝酸処理によってサイトカイニン合成遺伝子IPT3がHAR1依存的に誘導される葉の発生ステージを特定し、RNA-seqとUpSetプロットによる発現データ解析を行った。その結果、葉緑体の分裂に関与すると考えられる遺伝子や気孔密度を制御する遺伝子等が、根由来シグナルを受けHAR1依存的に誘導されることが示唆された。
２、根粒形成をシステミックに制御するmiR2111の修飾遺伝子に関する解析
植物の低分子RNAは様々な修飾を受ける。HEN1は2'-O-メチルトランスフェラーゼをコードし、地上部由来の前駆体miRNAは、DCL1によるプロセッシング後、HEN1によりメチル化修飾を受けると推測される。miR2111の3’修飾に異常を持つhen1変異体を得るため、ミヤコグサMG-20系統のCRISPRによるゲノム編集を試みた。その結果、コード領域に3 bpの欠失を持つ系統と、3 bpと6 bpの欠失を持つ２系統を得た。
３、TML相互作用候補因子の機能解析
ミヤコグサのゲノムにはTML相互作用候補因子遺伝子は３つ存在する。そのうち２つはゲノム中にタンデムに存在していた。３つの遺伝子をRNAiでノックダウンすると、根粒の数が有意に減少した。また側根数の減少も観察された。これらの結果から、３つの候補遺伝子の全てまたはいずれかが根粒形成あるいは感染プロセスを正に制御していることが示唆され、CRISPRによる各遺伝子のノックアウト系統の作成を進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
HAR1依存的にIPT3が誘導された葉のRNA-seq解析を行うことで、根からのCLEペプチドシグナルに応答して、葉で発現が誘導される遺伝子が多数存在することを見出した。これまで、HAR1は葉からの根粒形成の制御のみが注目されてきたが、それらとは異なる「葉」による制御の新しい機能が見えてきた。本テーマは順調に進んでいる。前駆体miRNAのプロセッシングに関わる遺伝子の変異導入が、根粒形成に影響を与えるという報告はまだない。ダイズとMedicago truncatulaでゲノム編集によりHEN1等の変異導入系統が単離されているが、根粒形成への影響は不明である。ミヤコグサにおいて、in frameのHEN1欠失変異体が２系統単離されたのはよかったが、十分な種子が得られなかった。根の表現型解析は最終年度に行うことを予定している。このテーマの進捗は遅れている。TMLの相互作用候補因子をRNAiでノックダウンすると、根粒形成が有意に抑制される表現型が観察された。CRISPRによるゲノム編集により３つのパラログのノックアウト個体が作製されており、研究は順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
HAR1の下流で発現が変動しているのを確認しながら、着目する遺伝子と現象との間に相関があるかどうかを調べる。具体的には、har1変異体において、複葉の気孔数や葉肉細胞の葉緑体数、光合成活性、個体水分量などを調べる。hen1変異系統の根における表現型解析を行うとともに、TMLの相互作用の各候補遺伝子のノックアウトライン及び２重変異体を作成し、根粒形成や感染過程におけるより詳細な影響を明らかにする。
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Report
(2 results)
Research Products
(9 results)
