Elucidation of molecular mechanism controlling morphological alteration of Arabidopsis reproductive organs due to heat stress
| Project/Area Number |
20J10326
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 44030:Plant molecular biology and physiology-related
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| Research Institution | Sophia University |
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Principal Investigator |
片野 和馬 上智大学, 理工学部, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2020: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | Cngc2 / Suc5 / 花粉水和反応 / 花粉管発芽 / Sweet8 / 茎頂分裂組織 / WUS / 柱頭 / 乳頭細胞 / 花粉柱頭反応 / 熱ストレス |
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| Outline of Research at the Start |
Cngc2はシロイヌナズナの熱センサーとして働くカルシウムチャネルで、この遺伝子の欠損変異体は花芽から長角果（種子の袋）への早い移行（早熟）や、熱ストレス条件下で種子形成数の低下が起こる。
本研究は通常条件及び熱ストレス条件で培養したCngc2の欠損変異体を用いて、芽や花における葯の組織切片の観察や、受粉後の過程で起こる花粉管伸長や胚珠への到達までの経時観察を行い、早熟の原因を解明する。さらに、これらの現象に関わる遺伝子の発現を解析する。これらの研究結果を基に、熱ストレス条件下でCngc2が制御する生殖器官の発達や形態変化の分子機構を解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度の研究結果により、Cngc2欠損変異体(cngc2)は花粉管の発芽が野生型よりも早く、花粉管の胚珠への到達率が高く、花粉柱頭反応が促進されている可能性が示唆された。また、糖輸送に関わる遺伝子発現が低下していたこと、さらに生殖器官や茎で可溶性糖の含有量が高くなっていたことから、「糖代謝の変化が花粉柱頭反応の促進に関わっている」可能性がある。
まず、cngc2で遺伝子発現の低下が見られたSuc1, およびSuc5の欠損変異体（suc1, suc5）を用いて、生殖成長期の生育特性を調査した。その結果、suc1は野生型と同様の生育特性を示したものの、suc5は生殖成長期移行後18日目の長角果の割合が63％と高く、cngc2と似た生育特性を示した。また、糖代謝に関する遺伝子発現は、cngc2,suc5ともに花粉に糖を輸送するトランスポーターとして働くSweet8の遺伝子発現が、WTと比較して有意に高かった。花粉中の可溶性糖は、ROS生成を活性化させることで、花粉水和反応を促進させる可能性がある。cngc2もsuc5も花粉の糖トランスポーターであるsweet8の遺伝子発現が増加していたことから、花粉中の糖の含有量が増えたことによってROS含有量が増加し、それが花粉水和反応を促進したことで花粉管の発芽が促進されたというメカニズムが示唆された。
次に、cngc2の生殖成長期移行後6日目、12日目の植物を用いて、茎頂分裂組織を含む部位をサンプリングし、幹細胞の維持に関わる遺伝子であるWus遺伝子の組織特異的発現解析を行った。6日目のcngc2の茎頂分裂組織におけるWusの発現はWTよりも高かったものの、12日目ではWTよりも低い傾向が見られた。従って、cngc2は生殖成長期の後半で幹細胞の維持ができなくなり、蕾や花に分化する数が減少するという可能性が示唆された。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(4 results)
