• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

Elucidation of molecular mechanism controlling morphological alteration of Arabidopsis reproductive organs due to heat stress

Research Project

Project/Area Number 20J10326
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 44030:Plant molecular biology and physiology-related
Research InstitutionSophia University

Principal Investigator

片野 和馬  上智大学, 理工学部, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2020-04-24 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
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)
KeywordsCngc2 / 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
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。

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。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

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。

Report

(2 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (4 results)

All 2022 2021 2020

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (1 results)

  • [Journal Article] Links between Regulatory Systems of ROS and Carbohydrates in Reproductive Development2021

    • Author(s)
      Hanako Kiyono, Kazuma Katano, Nobuhiro Suzuki
    • Journal Title

      Plants

      Volume: 10 Issue: 8 Pages: 1652-1669

    • DOI

      10.3390/plants10081652

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] What are the key mechanisms that alter the morphology of stigmatic papillae in Arabidopsis thaliana?2021

    • Author(s)
      Kazuma Katano, Nobuhiro Suzuki
    • Journal Title

      Plant Signaling & Behavior

      Volume: 16 Issue: 12 Pages: 1-7

    • DOI

      10.1080/15592324.2021.1980999

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Failure of pollen attachment to the stigma triggers elongation of stigmatic papillae in Arabidopsis Thaliana.2020

    • Author(s)
      Katano K, Oi T, Suzuki N.
    • Journal Title

      Frontiers in Plant Science

      Volume: 11 Pages: 989-989

    • DOI

      10.3389/fpls.2020.00989

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 花芽から長角果への早い移行を示すシロイヌナズナCngc2欠損変異体の植物生理学的解析2022

    • Author(s)
      片野和馬、清野華子、永尾有沙、鈴木伸洋
    • Organizer
      日本育種学会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

URL: 

Published: 2020-07-07   Modified: 2024-03-26  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi