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2015 Fiscal Year Annual Research Report

植物に対するホウ素の毒性-生育障害の発生機構と進化における役割

Research Project

Project/Area Number 15J11021
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

反田 直之  東京大学, 農学生命科学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2015-04-24 – 2017-03-31
Keywordsホウ素 / 非生物ストレス / ストレス耐性 / シロイヌナズナ / 進化
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、過剰量のホウ素が植物の生育を阻害する仕組みの解明と、その毒性が進化に与える影響の評価を行っている。
ホウ素の毒性機構の解明については、ホウ素過剰ストレスに対する耐性を付与する遺伝子の同定を目的として、ホウ素過剰感受性シロイヌナズナ変異株に変異を導入して得られていた抑圧変異株の原因遺伝子の同定を行った。抑圧変異株2ラインについてエコタイプ間塩基多型を利用した遺伝子マッピングを行い、原因変異の候補領域をそれぞれ1番染色体上の2.6Mbpの領域、5番染色体の4.5 Mbpの領域に限定した。またトランスクリプトーム解析によってホウ素依存的発現を示す遺伝子を探索し、ホウ素過剰耐性への関与が予想された遺伝子についてノックアウト株を確立しホウ素過剰ストレス下における表現型の確認を行った。その結果、活性酸素産種生酵素の一種を欠損した変異株が野生型と比較してホウ素過剰ストレス下において根の生育がよいことを発見した。
ホウ素毒性が進化に与える影響の評価については、過剰量のホウ素がDNAの損傷を引き起こすことに着目し、栄養環境がゲノムの安定性に影響することで植物の進化の速度や方向性を変える可能性を検証している。これまでにシロイヌナズナの野生型、ホウ素過剰ストレス感受性変異株についてそれぞれ約100個体を通常区、ホウ素過剰区において栽培し、自殖による継代によって自然変異を8世代にわたり蓄積させた。最終世代の植物に対して、通常区、ホウ素過剰区それぞれについて4個体のゲノム配列決定を行った。検出された変異をもとに自然変異発生率を試算したところ、変異導入箇所数の平均はホウ素過剰区が通常区の1.7倍となり、検査した個体群においてはホウ素過剰ストレスが自然変異の発生を促進する傾向が見られた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

ホウ素過剰耐性を付与する遺伝子の同定については、原因遺伝子の確定には至ってはいないものの候補領域を限定した。次世代シーケンサによる変異情報の取得も完了しており、候補変異のリストを得ている。一部の候補遺伝子についてはノックダウン株の作成が進んでいる。ホウ素毒性が進化に与える影響の評価については野生型株では一部継代の遅れがあったものの、目標の世代に達した個体から順次次世代シーケンサによる配列決定を行っており、おおむね予定通り進行している。

Strategy for Future Research Activity

ホウ素の毒性機構の解明については、候補遺伝子のうち有望なものについて変異株の表現型確認を行う。並行して候補領域の更なる絞込みを行う。ホウ素毒性が進化に与える影響の評価については、より多くの自然変異蓄積系統個体を次世代シーケンサによるゲノムDNAの配列決定に供し、自然変異の蓄積を評価する。得られた変異情報に基づいて、ホウ素過剰ストレスが自然変異の蓄積頻度に影響を与えるかどうかを統計的に示す。合わせて自然変異のバイアスの解析を行う。

  • Research Products

    (4 results)

All 2016 2015

All Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] TPR5 is involved in directional cell division and is essential for the maintenance of meristem cell organization in Arabidopsis thaliana2016

    • Author(s)
      Naoyuki Sotta, Lukram Shantikumar, Takuya Sakamoto, Sachihiro Matsunaga and Toru Fujiwara
    • Journal Title

      Journal of Experimental Botany

      Volume: 印刷中 Pages: 印刷中

    • DOI

      doi:10.1093/jxb/erw043

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 根における安定したホウ素吸収には輸送体の素早い環境応答が重要である2016

    • Author(s)
      Sotta, N., Fujiwara, T., Marée, A. F.M., Grieneisen, V. A.
    • Organizer
      第57 回日本植物生理学会年会
    • Place of Presentation
      岩手 盛岡
    • Year and Date
      2016-03-18 – 2016-03-19
  • [Presentation] Rapid regulation of nutrient transporters is crucial for preventing oscillations in the root system2015

    • Author(s)
      Sotta, N., Fujiwara, T., Marée, A. F. M., Grieneisen, V. A.
    • Organizer
      2015 Joint Meeting of The 5th China-Japan-Korea Colloquium on Mathematical Biology and The Japanese Society for Mathematical Biology
    • Place of Presentation
      Kyoto, Japan
    • Year and Date
      2015-08-26 – 2015-08-28
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A mutation in NAC103 suppresses ROS accumulation in root tips caused by excess boron stress2015

    • Author(s)
      Sotta, N., Sakamoto, T., Kamiya, T., Sawa, S., Tabata, R., Yamada, M., Hasebe, M., Shigenobu, S., Yamaguchi, K., Fujiwara, T.
    • Organizer
      The 26th International Conference on Arabidopsis Research
    • Place of Presentation
      Paris, France
    • Year and Date
      2015-07-06 – 2015-07-09
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2016-12-27  

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