イネ科植物における葉の周期的分化と内部構造の変調機構の解明
Publicly Offered Research
| Project Area | Intrinsic periodicity of cellular systems and its modulation as the driving force behind plant development |
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| Project/Area Number |
22H04710
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Biological Sciences
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
伊藤 純一 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (30345186)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
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| Keywords | イネ / 葉 / 形態形成 / 遺伝学 / 葉原基 / 発生 / 周期性 |
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| Outline of Research at the Start |
葉の分化パターンは明確な空間的、時間的周期を示すが、時間的な周期である葉間期についてはその発現メカニズムの解明は進んでいない。また、葉原基として分化した後の葉の組織形成においても様々な周期性が現れるが、その発生遺伝学的な制御機構に関しては不明な点が多い。本解析はイネに見られる葉の分化パターンや葉の組織形成の周期性を、一般的な発生遺伝学的解析法に加えて、数理モデルの構築や、蛍光検出を用いた高度な発現解析系、X線CT解析装置を用いた内部構造の非破壊解析系の利用などにより明らかにするものである。
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| Outline of Annual Research Achievements |
葉間期の変化には、葉間期比（plastochron ratio）と呼ばれるSAMと葉原基の関係に関するパラメーターの変化が重要であることが数理学的解析から明らかになっている。そこで、葉間期比に変化を与えうるSAMと葉原基の形態的特徴量の調査を、イネの葉間期変異体であるpla1、pla2、葉のサイズが小さくなるmkb3変異体、オーキシン内生量が減少したfib変異体を用いて行った。その結果、葉間期変異体であるpla1、pla2のみで、初期葉原基（P1）の厚み方向のサイズが拡大していた。一方、その後の発生ステージ（P2-P3）においては、逆にpla1、pla2は野生型と比較して葉原基が薄い傾向が見られ、結果として葉間期比の値は小さくなった。このことは、葉原基の発生に与えるPLA1とPLA2の効果は、初期と後期で異なることを示している。また、葉原基サイズのみから葉間期を説明することは難しく、PLA遺伝子による葉間期制御機構の理解には、葉原基の形態的変化だけでなく発生過程におけるオーキシン動態などを組み込んだモデルを設定する必要があると考えられた。イネの葉の発生過程で特徴的な発現を示す遺伝子から、葉身の一部の葉肉細胞のみで発現する遺伝子を抽出し、機能破壊系統をCRISPR/Cas9によって作出した。この変異体では、気孔の直下に形成される気孔腔（気孔と葉肉細胞層の間に生じる空隙）が小さくなる表現型が見られた。野生型と変異体における気孔腔の発生過程を観察したところ、両者とも気孔が分化する表皮層と葉肉細胞の間に細胞間隙が生じるものの、野生型では一部の葉肉細胞のみが大きく変形することで気孔腔が生じるものと考えられた。従って、この遺伝子は気孔直下の葉肉細胞の特徴的な細胞伸長の制御に関与している遺伝子であると考えられた。
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| Research Progress Status |
令和5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5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(6 results)
