Plant seed enlarge breeding by utilizing the plant new tissue "The final form of the phloem end".
| Project/Area Number |
22K21366
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| Research Category |
Fund for the Promotion of Joint International Research (Home-Returning Researcher Development Research)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Agricultural Science
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
笠原 竜四郎 名古屋大学, 生物機能開発利用研究センター, 特任准教授 (40467270)
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| Project Period (FY) |
2023-03-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥61,230,000 (Direct Cost: ¥47,100,000、Indirect Cost: ¥14,130,000)
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| Keywords | 種子肥大育種 / カロースによる栄養制御 / 受精後のカロースの除去 / 受精前のカロースの沈着 / イネの師管末端最終形態 / イネの栄養制御システム / 師管末端最終形態 / POEM |
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| Outline of Research at the Start |
シロイヌナズナで見出された師管末端最終形態は植物種子のサイズに関して重要な役割を果たしていることが判明し、種子肥大育種の可能性を著しく拡大する結果となった。我々はまずこの新組織がどのようにして植物の種子サイズを変更しているのかを明らかにし、植物のその他の器官でも類似した組織の存在が想定されるため、それらの器官についても種子同様に解析する。さらに、農作物の解析を進め種子肥大植物の作成を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
担当者はシロイヌナズナの胚珠にこれまで誰も見出すことのできなかった、新植物組織を発見することができた。この組織は受精前にはカロースを蓄積して胚珠部分に栄養を与えるのを妨げているが、一旦受精を完了するとカロースを取り除いて栄養を種子へと運ぶ役割を果たしているということが明らかになった。2023年度はこの計画で最も大事な種子肥大育種としてイネの種子肥大育種を試みた。まずイネでシロイヌナズナと同様に師管末端最終形態の存在を確認した。その結果、イネの構造はシロイヌナズナの構造と非常によく似ていた。また受精前と受精後でその構造を調べてみたところ、受精前にはより多くのカロースを蓄積させていたが受精するとそのカロースが除去されていることが観察された。イネの場合は卵細胞や中央細胞だけに片側受精する変異体が見出されていないので、カロースを分解するシグナルが受精した中央細胞から出ているという確証はないものの、イネの構造を観察しているとシロイヌナズナと同様の反応がイネの胚珠でも起こっているであろうことが想定できた。次にシロイヌナズナのPPAPの過剰発現体をイネで発現させると、イネの種子は普通の日本晴の種子よりも9％大きくなっており、双子葉植物、単子葉植物の垣根を超えてこのカロース分解酵素PPAPは種子肥大に貢献できることが明らかになった。こうしてイネの種子肥大育種に成功したので、2024年度は双子葉植物の穀物代表であるダイズの種子を肥大させる育種を開始する。また、他組織でのカロース分解がどのようにシグナル伝達されているのかを観察する実験にも取り組んでいく予定であり、植物体全体でどのようなカロース蓄積、除去ネットワークが働いているのかを総合的に理解していく。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
昨年度から今年度までの間に師管末端最終形態の調査が進み、これまでシロイヌナズナでのみ同定されていた組織の構造が新しくイネで同定された。イネの構造はシロイヌナズナの構造と非常によく似ていた。また、イネの師管末端最終形態は受精に成功した後はカロースの沈着が少なくなっていたことが明らかになった。ところが、受精に失敗した胚珠はカロースがより沈着してシグナルが強くなっていた。また、シロイヌナズナの種子をより大きくしたPPAPの過剰発現コンストラクトをイネに用いたところ、驚くべきことにイネの種子は通常の日本晴の種子に比べて9％大きくなっていることが明らかになった。ここまでで、シロイヌナズナで明らかにしたカロースによる師管末端最終形態への制御がイネでも存在していることが明らかとなった。また、イネの構造が明らかになったことや、実際にイネの育種に成功したというわけで昨年度までで、当計画の大きな目標を一つクリアすることができた。シロイヌナズナのデータ、イネのデータを全て含めた内容を現在トップジャーナルに投稿準備中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
2023年にイネの種子肥大育種が成功したので、2024年以降は双子葉植物の代表であるダイズで種子肥大を試みる。同時にダイズでの師管末端最終形態を観察する。また、花や葉のような胚珠とは異なる場所でこの師管末端を調べ、その機能や遺伝子を調査していく。更に興味深いことにシロイヌナズナの観察を続けていくうちに、師管末端最終形態とは異なる近接した組織が新たに発見できたので、この組織についての理解を深めていく。現在この組織の機能はよくわかっていないが、第一ゲートとはカロースの蓄積するタイミングが全く異なるので何か他の機能、栄養をフィルターする機能などが想定できるので、調査を進めていく。
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Report
(1 results)
Research Products
(10 results)
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[Journal Article] Seed size control via phloem end by callose deposition/degradation of β-1,3-glucanase.2023
Author(s)
Xiaoyan Liu, Kohdai P. Nakajima, Xiaoyan Wu, Shaowei Zhu, Prakash Babu Adhikari, Ken-ichi Kurotani, Takashi Ishida, Masayoshi Nakamura, Yoshikatsu Sato, Liyang Xie, Chen Huang, Jiale He, Shinichiro Sawa, Tetsuya Higashiyama, Michi taka Notaguchi, Ryushiro D. Kasahara
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Journal Title
BioRxiv
Volume: 7
Pages: 550179-550179
Related Report
Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Discovery of a cis regulatory element SaeM involved in dynamic regulation of synergid-specific MYB98.2023
Author(s)
Prakash Babu Adhikari, Shaowei Zhu, Xiaoyan Liu, Chen Huang, Liyang Xie, Xiaoyan Wu, Jiale He, Nobutaka Mitsuda, Benjamin Peters, Lynette Brownfield, Shingo Nagawa, Ryushiro D. Kasahara
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Journal Title
Frontiers in Plant Science
Volume: 14
Pages: 1177058-1177058
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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