Elucidation of a novel water-resistance mechanism in rice stems and construction of a molecular basis for breeding applications.
| Project/Area Number |
23K23575
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| Project/Area Number (Other) |
22H02309 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 39010:Science in plant genetics and breeding-related
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
永井 啓祐 名古屋大学, 生物機能開発利用研究センター, 助教 (30648473)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2025: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000)
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| Keywords | 耐水性 / イネ / 茎 / 通気組織 / 環境適応 / 洪水耐性 / イネ科作物 / 低酸素応答 / 茎構造 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、イネの茎における通気組織の形成に関わる分子メカニズムを解明することを目的とする。イネの茎は節間と節によって構成され、節間の中央部には髄腔が形成されるとともに、節における細胞の間隙が拡張することで、通気組織としての重要な役割を果たしている。しかし、これらの構造がどのように形成されるのかなど、その分子機構は未解明である。そこで、本研究では遺伝子発現解析による逆遺伝学的アプローチおよび、変異体集団を用いた順遺伝学的解析を組み合わせることで、髄腔の形成や節の細胞間隙の拡大に関わる分子機構を明らかにするとともに、耐水性におけるイネの茎の生理的機能を明らかにすることを目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
コムギ、トウモロコシ、イネは全人類の必要カロリーの約40%を供給している重要な穀物である。これらの作物は全てイネ科に属しており基本的な組織構造は類似している。しかし、近年の気候変動に伴い世界各地で洪水が発生しており、コムギ、トウモロコシにおいて甚大な農業的損失が報告されている。一方、同じイネ科作物であるイネは水田という湛水環境で生育が可能である。このことは、コムギなどが持っていない耐水性機構をイネが獲得したことで水田環境におけるニッチを獲得したことを示唆する。本研究課題では、主要イネ科作物のうちイネだけが湛水条件下において生存が可能であることに着目し、イネの茎における耐水性機構の解明および農業的応用を目指す。
2022年度は水生イネ科植物および陸生イネ科植物の節における細胞形態の観察を行った。その結果、イネ科の進化系統とは関係なく、水生イネ科植物は節に離生通気組織を形成しており、これによって湛水条件下でも生存が可能であることが示唆された。さらに、節の通気組織形成と酸素透過性の関連を検証するために光学酸素センサーoptodeを用いた節の酸素透過性を検証するための実験系の確立を行った。この実験系を用いて水生イネ科植物および陸生イネ科植物の節における酸素透過性を検証したところ、陸生イネ科植物の節は極めて低い酸素透過性を示したのに対して、水生イネ科植物の節js高い酸素透過性を有していることが明らかとなった。以上の結果から、水生イネ科植物は節において通気組織を形成し、酸素透過性を向上させることで湛水環境での生存を可能にしていることが示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度の形態学的解析および生理学的解析においてイネ科の節に形成される離生通気組織の発見および重要性を明らかにすることができた。また、生理学的解析においては新たな実験系の確立を行うことができ、これにより植物の茎の酸素透過性をリアルタイムで計測することが可能となった。当初の研究計画通りに進行しており、これらの内容に関して現在、論文執筆中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
節に形成される離生通気組織における気体体積量に関しては未解明である。そのため、今後はX線マイクロCTスキャンによる解析を行い体積量の算出を試みる。また、離生通気組織形成の環境応答性に関しても検証を行う。
プログラム細胞死によって形成される破生通気組織に関しては分子メカニズムが明らかになりつつあるのに対して、細胞間隙が拡張することで形成される離生通気組織に関する形成制御メカニズムに関しては不明な点が多い。そこで今後はチューブリン抗体および細胞壁構成成分特異的抗体を用いた抗体染色を行うことで離生通気組織形成に関する組織化学的解析を行う。
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Report
(1 results)
Research Products
(4 results)
