イネ胚乳の品質決定に関わる胚乳細胞の分裂と分化の関連

• Project/Area Number: 21K05532
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 39010:Science in plant genetics and breeding-related
• Research Institution: National Institute of Genetics
• Principal Investigator: 鈴木 俊哉 国立遺伝学研究所, ゲノム・進化研究系, 助教 (80773712)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 細胞分裂 / 細胞分化 / イネ / 胚乳 / 発生

Outline of Research at the Start

人類の主要な食料源であるイネ胚乳の発生過程では、多核化・細胞化といった特異な細胞分裂が次々と起こることが知られている。これら一連の現象は、胚乳細胞のアリューロン層とデンプン蓄積細胞への分化という胚乳の品質の決定に重要な役割を果たすと考えられる。本研究では、薬剤処理や遺伝子機能の改変によって多核化や細胞化を操作し、胚乳細胞の形やサイズを人為的に変化させることを試みる。そして細胞形態の変化が、その後の胚乳細胞の分化にどのような影響を及ぼすかを明らかにすることを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、薬剤処理や遺伝子機能の改変によって異常な形やサイズの胚乳細胞を生み出し、その分化の様子を調べることで、細胞の形態が分化に及ぼす影響を明らかにすることを目的としている。今年度は、まず胚乳細胞の分化の状態を成熟種子の染色によって調べる方法の検討を行った。その結果、テトラゾリウムおよびナイルレッドによってアリューロン層が、またイソジンによってデンプン蓄積細胞がそれぞれ染色され、これらの染色法によって分化状態を観察できることがわかった。続いて、胚乳細胞の形態に異常を起こすための薬剤処理の条件検討を行った。これまでの知見から、胚乳細胞の形成に関わる多核化や細胞化には微小管の動態が重要な役割を果たすことが示唆されている。そこで植物の微小管の重合や脱重合を阻害する薬剤を、多核化や細胞化が起こる時期の野生型イネの子房に投与し、胚乳細胞の形やサイズの改変を試みた。微小管重合を阻害するオリザリンおよび脱重合を阻害するタキソールを、様々な濃度またはタイミングで投与したものの、胚乳細胞の形態に異常は見られなかった。今後は他の薬剤についても検討し、薬剤処理による改変が難しい場合は、研究計画で記述した遺伝子操作による改変を検討する。薬剤処理実験と並行して、微小管を蛍光タンパク質によって可視化した形質転換イネの作出も行った。シロイヌナズナのβ-チューブリン（TUB6）とGFPまたはmCherryの融合タンパク質を、植物体全体で働くユビキチンプロモーターで発現させたところ、根の細胞内の微小管を可視化することに成功した。しかし胚乳細胞の微小管を可視化することはできず、胚乳細胞で働くプロモーターの探索が必要であると考えられた。