2019 Fiscal Year Annual Research Report
１花粉細胞におけるリアルタイムオミクス解析による高温不稔回避機構の解明
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16H04870
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| Research Institution | National Agriculture and Food Research Organization |
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Principal Investigator |
羽方 誠 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 九州沖縄農業研究センター, 上級研究員 (80450336)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
和田 博史 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 九州沖縄農業研究センター, 上級研究員 (40533146)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 高温不稔 / 花粉 / イネ / オミクス解析 / プレッシャープローブエレクトロスプレー質量分析 / 遺伝子組換え |
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| Outline of Annual Research Achievements |
閉鎖型人工気象室隣接型のピコリットルプレッシャープローブエレクトロスプレーイオン化質量分析を駆使した１花粉粒代謝産物解析と、隣接する花粉を対象とした遺伝子発現解析とを統合したオミクス解析により、高温による不受精要因を分子レベルで明らかにした。
方法として、高温処理により稔実率の大きく異なる水稲２品種を供試し、人工気象室で開花期のイネに高温処理を行った。その高温環境下で生育中の開穎前日の籾内にある葯中の１花粉粒にプレッシャープローブを挿入し、ピコリットルレベルの花粉内溶液を採取した直後、これを水で希釈し、直ちにピコリットルプレッシャープローブエレクトロスプレーイオン化質量分析を行うことによりリアルタイムに１花粉液の代謝産物分析を行った。この方法により、花粉粒の代謝産物の高温応答に品種間差が認められた。特に、雌蕊着床後の発芽・花粉管伸長を誘導するシグナル伝達に関わるホスファチジルイノシトールリン酸の基質として知られるホスファチジルイノシトール代謝、及びタンパク質合成に必須なシステインの集積パターン等、高温に対する代謝変化に顕著な品種間差が見出された。特に、ホスファチジルイノシトールについては葯開裂前の耐性品種の成熟花粉に多く存在し、高温下でも高含量に維持されていたことから、高い稔実率をもたらした一因と考えられた。
また、花粉の遺伝子発現解析については、高温処理中の花粉を採取、集積し、花粉中からmRNAを抽出し、マイクロアレイ解析を行った。その結果、高温下の花粉内で起こるイネ遺伝子の発現変動が認められ、高温不稔への関与が想定される複数の遺伝子を選別した。その後、各遺伝子を過剰発現および発現抑制する遺伝子組換体を作成し、稔実率を計測した結果、脂肪分解酵素遺伝子やシステイン合成酵素遺伝子の発現が稔性に関与することが示唆されたことから、先述の花粉粒代謝産物解析の結果に符合する結果が得られた。
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| Research Progress Status |
令和元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 |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Remarks |
Wada H. (2019) New approaches combined with environmental control for promoting heat tolerant rice breeding. ViPS seminar, Helsinki University, August 28, 2019
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