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2018 Fiscal Year Research-status Report

炭素安定同位体と遺伝的解析による気孔開度評価に基づいた街路樹の環境ストレス診断

Research Project

Project/Area Number 15K00566
Research InstitutionKyoto Institute of Technology

Principal Investigator

富田 祐子 (半場祐子)  京都工芸繊維大学, 応用生物学系, 教授 (90314666)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 久米 篤  九州大学, 農学研究院, 教授 (20325492)
山田 悦  京都工芸繊維大学, 分子化学系, 教授 (30159214) [Withdrawn]
北島 佐紀人  京都工芸繊維大学, 応用生物学系, 准教授 (70283653)
Project Period (FY) 2015-04-01 – 2020-03-31
Keywords光合成 / アクアポリン / 水利用効率 / 炭素安定同位体 / 大気汚染 / 街路樹 / 気孔
Outline of Annual Research Achievements

都市域において環境ストレスが街路樹に与える影響を調べるため、京都市内に植栽されている街路樹5種について苗木を購入し、乾燥ストレスを与えて生理的応答を調査した。さらに、水利用効率に関わる遺伝子の候補である、アクアポリンのはたらきを解明するため、ユーカリの形質転換体(アクアポリン過剰発現体)を用いて大気ストレスに対する光合成応答を調査するとともに、RNA-seqおよびRT-PCRを用いて遺伝子の発現解析を行った。

(1)街路樹の乾燥ストレス応答:ヒラドツツジ、カンツバキ、シャリンバイ、レンギョウ、クルメツツジの5種を比較したところ、乾燥ストレスに対する応答戦略に明瞭な種間差が認められた。調査した5種の中ではマルバシャリンバイが乾燥ストレスに対して光合成速度も茎の水分もいずれも最も高い維持率を示し、都市域の乾燥に対して高い適応性を有していることが明らかになった。一方、葉の炭素安定同位体比に関してもマルバシャリンバイが高い値を示したことから、上記の高い適応力に高い水利用効率が関与していることが示唆された。
(2)気孔制御に対するアクアポリンのはたらきと遺伝子発現:ハツカダイコンのアクアポリン遺伝子RsPIP2を過剰発現させたユーカリを用いて大気の乾燥ストレスを与える実験を行ったところ、過剰発現体の方が光合成速度が高く維持され、かつ気孔コンダクタンスの減少度合いが緩やかである明らかになった。RT-PCR解析により、RsPIP2遺伝子の発現量が多いほど光合成速度は高くなることが示されたことから、RsPIP2には二酸化炭素の気孔からの取り込み量を増加させ、光合成を高めるはたらきがあることが示唆された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

平成30年度は、5種の樹木について乾燥ストレスに対する応答の詳細な調査、および研究の最終目的である乾燥ストレス応答の評価を行うことができた。さらに、形質転換ユーカリを用いて、大気の乾燥ストレスに対するアクアポリン遺伝子のはたらきを解明するための電子解析を行うことができた。
(1)低木5種にについて、前年度までに得られた実験結果を併せて解析することにより、街路樹として乾燥ストレスに対する適応性が高い樹種は「マルバシャリンバイである」という明瞭な結論を得ることができた。
(2) 気孔制御に対するアクアポリンンのはたらき:平成29年度から開始した実験に加えて、当初からの計画であったアクアポリン遺伝子の発現量解析を行った。その結果、アクアポリン遺伝子の発現量が大気の乾燥ストレスに対する応答に影響を与えていることを初めて示すことができた。

Strategy for Future Research Activity

本研究は、2019年度からスタートした基盤B「都市樹木における適性診断法の確立:アクアポリンを介した気孔応答評価の導入」の助成を受けてさらに発展させる計画である。京都市内における街路樹の調査を継続する。また、苗木の実験により、環境ストレスとして新たに塩ストレスを加え、塩ストレスにに対する光合成応答メカニズムを明らかにする。さらに、「アクアポリン」遺伝子に注目し、モデル植物であるシロイヌナズナの様々なアクアポリン変異体を用いて、光合成応答とアクアポリンとの関連を明らかにする。
(1)街路樹調査、塩ストレス負荷実験:2019年度は、樹種を2種に絞り込み、より多くの調査地で光合成機能と炭素安定同位体比の関係を明らかにし、京都市内を対象にマッピングを行う。 塩ストレスを街路樹に与え、光合成応答の種間差やそのメカニズムを明らかにする。(2)シロイヌナズナ変異体の光合成機能解析:シロイヌナズナのさまざまなアクアポリン変異体を用いて、それぞれのアクアポリン分子種が光合成機能や気孔の応答にどのように関与しているのかを明らかにする。

Causes of Carryover

消耗品の価格により、若干の差額が生じた。次年度の消耗品の購入のために充当する計画である。

  • Research Products

    (21 results)

All 2019 2018 Other

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 1 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Contrasting photosynthetic responses to ambient air pollution between the urban shrub Rhododendron × pulchrum and urban tall tree Ginkgo biloba in Kyoto city: stomatal and leaf mesophyll morpho-anatomies are key traits2019

    • Author(s)
      Takashi Kiyomizu, Saya Yamagishi, Atsushi Kume, and Yuko T. Hanba
    • Journal Title

      Trees-structure and function

      Volume: 33 Pages: 63-67

    • DOI

      10.1007/s00468-018-1759-z

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Mechanical Properties of the Physcomitrella patens Gametophores Grown at 10 G2019

    • Author(s)
      Shinhama, Rina; Mori, Akihisa; Onoda, Yusuke; Nagashima, Hisae; Kume, Atsushi; Karahara, Ichiro; Hanba, Yuko T; Fujita, Tomomichi; Kamachi, Hiroyuki
    • Journal Title

      Space Utilization Research

      Volume: 33 Pages: web

    • DOI

      https://repository.exst.jaxa.jp/dspace/handle/a-is/909649

    • Open Access
  • [Journal Article] Global transcriptome analyses reveal that infection with chrysanthemum stunt viroid (CSVd) affects gene expression profile of chrysanthemum plants, but the genes involved in plant hormone metabolism and signaling may not be silencing target of CSVd-siRNAs2019

    • Author(s)
      Takino, H., Kitajima, S., Hirano, S., Oka, M., Matsuura, T., Ikeda, Y., Kojima, M., Takebayashi, Y., Sakakibara, H., Mino, M.
    • Journal Title

      Plant Gene

      Volume: 18 Pages: 100181

    • DOI

      10.1016/j.plgene.2019.100181

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Nutrient deficiency promotes male-biased apparent sex ratios at the ramet level in the dioecious plant Myrica gale var. tomentosa in oligotrophic environments in bogs2018

    • Author(s)
      Inoue Mizuki, Kiyoshi Ishida, Masaaki Chiwa, Yoshitoshi Uehara, Ken’ichi Shinozuka, Atsushi Kume
    • Journal Title

      Journal of Plant Research

      Volume: 131 Pages: 973-985

    • DOI

      10.1007/s10265-018-1056-3

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Comparative multi-omics analysis reveals diverse latex-based defense strategies against pests among latex-producing organs of the fig tree (Ficus carica)2018

    • Author(s)
      Kitajima, S., Aoki, W., Shibata, D., Nakajima, D., Sakurai, N., Yazaki, K., Munakata, R., Taira, T., Kobayashi, M., Aburaya, S., Savadogo, E.H., Hibino, S., Yano, H.
    • Journal Title

      Planta

      Volume: 247 Pages: 1423-1438

    • DOI

      10.1007/s00425-018-2880-3

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Cloning and Aggregation Characterization of Rubber Elongation Factor and Small Rubber Particle Protein from Ficus carica2018

    • Author(s)
      Yokota, S., Suzuki, Y., Saitoh, K., Kitajima, S., Ohya, N., Gotoh, T.
    • Journal Title

      Molecular Biotechnology

      Volume: 60 Pages: 83-91

    • DOI

      10.1007/s12033-017-0051-6

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] VPD の変化に対するユーカリの光合成応答にア クアポリンが果たす役割2019

    • Author(s)
      山岸 彩, 北島 佐紀人, 半場 祐子
    • Organizer
      第66回日本生態学会大会
  • [Presentation] 乾燥条件下における中低木街路樹の生理学的応答の比較2019

    • Author(s)
      堀家 広樹, 半場 祐子
    • Organizer
      第66回日本生態学会大会
  • [Presentation] 富山県立山のブナ林における森林動態と広域大気汚染の影響2019

    • Author(s)
      久米 篤,藤本万結,中島 春樹,石田 仁
    • Organizer
      第130回日本森林学会大会
  • [Presentation] 京都市内において交通量の違いが街路樹の光合成機能に与える影響2018

    • Author(s)
      松本真由,山田悦,半場祐子
    • Organizer
      同位体環境学シンポジウム
  • [Presentation] 微小重力の宇宙実験下におけるヒメツリガネゴケの栽培環境の検討2018

    • Author(s)
      安田柚里,久米篤,蒲池浩之,藤田知道,半場祐子
    • Organizer
      日本植物学会第82回大会
  • [Presentation] 乾燥条件下における中低木街路樹の光合成機能・水分状態の比較2018

    • Author(s)
      堀家広樹,半場祐子
    • Organizer
      日本植物学会第82回大会
  • [Presentation] VPDの変化に対するユーカリの光合成応答にアクアポリンが果たす役割2018

    • Author(s)
      山岸彩,北島佐紀人,半場祐子
    • Organizer
      日本植物学会第82回大会
  • [Presentation] 京都市内において交通量の違いが街路樹の光合成機能に与える影響2018

    • Author(s)
      松本真由,山田悦,半場祐子
    • Organizer
      日本植物学会第82回大会
  • [Presentation] コケ植物における重力,CO2環境の変化に対する応答2018

    • Author(s)
      横井真希,蒲池浩之,安田柚里, 崎本龍,半場祐子,他名
    • Organizer
      日本宇宙生物学会第32回大会
  • [Presentation] ヒメツリガネゴケ変異体(ARK,CDKA)の過重力応答2018

    • Author(s)
      安田柚里, 久米篤, 蒲池浩之, 森耀久, 唐原一郎, 藤田知道, 横井真希,半場祐子
    • Organizer
      日本宇宙生物学会第32回大会
  • [Presentation] 過重力環境下で生育したヒメツリガネゴケの機械的強度2018

    • Author(s)
      新濱梨奈,森耀久,小野田雄介,長嶋寿江,久米篤,唐原一郎,半場祐子,藤田知道7,蒲池浩之
    • Organizer
      北陸植物学会平成30年度大会
  • [Presentation] Towards Microgravity Experiments in Moss (II): Emerging Model Land Plant, Physcomitrella Patens for Experiments on International Space Station2018

    • Author(s)
      Kaori Takemura, Sakito Kitajima, Maki Yokoi, Akihisa Shinozawa, Naoya Sakaguchi, Ryuji Kameishi, Keisuke Nishida, Hiroyuki Kamachi, Atsushi Kume, Ichirou Karahara, Yoichi Sakata, Yuko T. Hanba, Tomomichi Fujita
    • Organizer
      AMS2018
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Photosynthetic responses of landscape trees to urban environment _aiming to improve CO2 absorption by landscape trees _2018

    • Author(s)
      Yuko T. Hanba, Tomomitsu Kinoshita, Takashi Kiyomizu, Saya Yamagishi, Etsu Yamada, Atsushi Kume
    • Organizer
      EAFES8
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Pine decline and air pollution in the Seto Inland Sea area of western Japan2018

    • Author(s)
      Atsushi Kume
    • Organizer
      EAFES8
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Remarks] 京都工芸繊維大学 応用生物学課程

    • URL

      http://www.bio.kit.ac.jp/

URL: 

Published: 2019-12-27  

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