植物根の局所栄養応答を地上部から制御する分子機構の解明

Research Project

Project/Area Number	21K05324
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 38010:Plant nutrition and soil science-related
Research Institution	The University of Tokyo (2022) Kyoto University (2021)
Principal Investigator	山崎清志東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特任講師 (20611297)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000) Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000) Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000) Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Keywords	栄養応答 / 不均一栄養環境 / 共発現ネットワーク / トランスクリプトーム / 屈性 / 植物根
Outline of Research at the Start	本研究では、地上部栄養濃度→地上部トランスクリプトーム→根トランスクリプトーム→根の栄養応答(栄養吸収)の関連を明らかにすることで、【地上部→根】の栄養応答制御の一端を分子レベルで明らかにする。様々な栄養条件において得られた地上部トランスクリプトームと根トランスクリプトームデータを用いて一つの共発現ネットワークを構築することにより、地上部における遺伝子発現の変化と同じ挙動で、根で発現が変化する遺伝子群を検出することができる。これにより【地上部→根】制御に関連する遺伝子の発現制御を統合的に解析する。さらにそのような遺伝子の変異体を解析することで、【地上部→根】制御に関連する遺伝子の同定を目指す。
Outline of Annual Research Achievements	植物は 17 種類の無機栄養元素のうち 14 種を土壌から吸収している。この14種を標的として、【地上部→根】の栄養応答制御がみられる栄養元素の特定を試みた。根分けを併用した寒天栽培による実験系が困難であったため、昨年度に引き続き、根分けを併用した水耕栽培の実験系を改良した。水耕栽培の実験系のメリットとして、根を安定的に特定の水耕液にさらし続けることが容易である上に、ICP-MSによって水耕液の元素分析を行えば、根分けした植物根が各水耕液からどれだけの栄養を吸収したのか、数値化できる。つまり、水耕液の残存栄養濃度から植物が吸収した栄養量を見積もることができるが、もとの水耕液の栄養濃度が高すぎるため、植物が吸収した量が残存濃度に反映されない問題があった。昨年度の研究成果によりリンを標的栄養に絞り込んだので、様々なリン濃度を含む水耕液と根量の組み合わせ条件で栽培・ICP-MS測定をすることにより、根分け水耕開始後、1週間以内に地上部の栄養蓄積量と水耕液から低減した量に相関が得られることを確かめた。これらの成果から、どの実験条件でトランスクリプトーム解析用の根、地上部をサンプリングすればよいのか確定することができた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 、水耕栽培系においても、根が吸収した栄養を評価可能な水耕液スケールを決定するための条件検討が煩雑になり、思うように実験系の早期確立ができなかったため。
Strategy for Future Research Activity	地上部栄養濃度、水耕液から収奪された栄養量、根の栄養濃度、地上部トランスクリプトーム、根のトランスクリプトーム、を統合解析により、地上部におけるどのような遺伝子群が地下部の遺伝子発現と相関を持ちうるか、を明らかにしていきたい。