植物の葉器官のサイズ制御を司る内生代謝プログラムの解明
| Project/Area Number |
20J20901
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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 | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
多部田 弘光 東京大学, 総合文化研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
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| Keywords | 植物 / 葉器官 / fugu5変異体 / 補償作用 / サイズ制御 / メタボローム解析 / 機能性代謝産物 |
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| Outline of Research at the Start |
植物の葉器官のサイズ決定の仕組みを理解するために「補償作用」という現象が注目されている。これは、葉器官を構成する細胞の数が減少した場合、それを相補するかのように葉肉細胞が顕著に肥大する現象である。補償作用を示すfugu5変異体では、代謝制御を介したオーキシン濃度調整機構により、過剰な細胞肥大が起こる。fugu5における細胞数の減少は代謝異常によることを加味すると、fugu5では代謝プログラムによって葉器官サイズが制御されることが示唆される。
そこで本研究では、メタボロミクスとトランスクリプトミクス（RNA-seq）で遺伝子探索によって、細胞数と細胞サイズの協調性を担う因子群を見出すことを目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
葉器官を構成する細胞の数が減少した場合、それを相補するかのように葉肉細胞が顕著に肥大する「補償作用」という現象が知られている。この現象は、未だに解明されていない「葉面積制御機構」の解明に資すると期待されている現象である。植物の葉は主な可食部となるため、その面積制御機構の解明は、基本的な生命現象の理解だけでなく、農学的な観点から社会活動にまで波及的な効果を及ぼすと期待できる。そこで本課題では、典型的な補償作用を示すfugu5変異体を用いて、当該現象の分子メカニズム解明に取り組み、葉を構成する細胞数と細胞サイズの協調を担う鍵因子群を同定することを目指した。
昨年度はfugu5の子葉における三次元相関代謝ネットワークを構築することで、大規模時系列代謝データを整理し、fugu5の補償的細胞肥大に関与すると考えられる代謝産物の候補を複数見出した。その結果を受け、今年度は、同定された複数の鍵代謝産物候補がどのように葉面積制御に資するのかを解明するため、トランスクリプトーム解析に着手した。得られたデータを昨年度までに得られたメタボロームデータと統合し、時系列大規模マルチオミクス解析を行ったところ、アブラナ科に特徴的なインドールグルコシノレートがfugu5において顕著に合成・分解されていることを見出した。また、その分解代謝系を遺伝子発現データより整理すると、分解産物は代謝的再利用を受け、オーキシンへと変換されていることが示唆された。実際に、当該代謝産物を蓄積させた場合、fugu5の細胞サイズは顕著に肥大した。
よって、本研究課題によって得られた一連のデータより、植物の生体防御に資すると報告されているインドールグルコシノレートとその分解経路が、葉面積制御にも重要な働きをもつ「機能性代謝産物」であることを特定し、葉面積制御機構に資する鍵因子群の推定に資する成果を得ることができた。
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| Research Progress Status |
令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(31 results)
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[Presentation] Important roles of PGDH-mediated serine synthesis in thallus growth, male gametogenesis and metabolism in Marchantia polymorpha2022
Author(s)
MengyaoWang , HiromitsuTabeta , KinukaOhtaka , AyukoKuwahara , KiminoriToyooka , MayukoSato , MayumiWakazaki , HiromichiAkashi , TakayukiKohchi , Ryuichi Nishihama , KeisukeYoshida , Ali Ferjan , Masami Yokota Hirai
Organizer
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[Presentation] ImportantrolesofPGDH-mediatedserinesynthesisinthallusgrowth,malegametogenesisand metabolisminMarchantia polymorpha2022
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[Presentation] MpPGDH-mediated serine synthesis is essential for plant growth in the dark and for sexual reproduction in Marchantia polymorpha2020
Author(s)
Mengyao Wang, Hiromitsu Tabeta, Kinuka Ohtaka, Ayuko Kuwahara, Kiminori Toyooka, Mayuko Sato, Mayumi Wakazaki, Hiromichi Akashi, Yoriko Matsuda, Takayuki Kohchi, Ryuichi Nishihama, Ali Ferjani, Masami Yokota Hirai
Organizer
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