2020 Fiscal Year Annual Research Report
Integrated analysis of mineral transport system in crops
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16H06296
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
馬 建鋒 岡山大学, 資源植物科学研究所, 教授 (80260389)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山地 直樹 岡山大学, 資源植物科学研究所, 准教授 (00444646)
宮地 孝明 岡山大学, 自然生命科学研究支援センター, 研究教授 (40550314)
三谷 奈見季 岡山大学, 資源植物科学研究所, 准教授 (40581020)
横正 健剛 岡山大学, 資源植物科学研究所, 准教授 (50790622)
菅 倫寛 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 准教授 (60634920)
櫻井 玄 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農業環境研究部門, 上級研究員 (70452737)
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| Project Period (FY) |
2016-04-26 – 2021-03-31
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| Keywords | イネ / 輸送体 / ミネラル / 結晶構造 / ソバ / モデリング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
イネの節で高発現するいくつかの遺伝子の機能解析を行った。リン酸輸送体遺伝子OsPHO1;1とOsPHO1;2は種子へのリンの分配に関与していることを明らかにした。OsPHO1;1は主に節の分散維管束篩部に、OsPHO1;2は肥大維管束の木部柔細胞に発現していた。この遺伝子を破壊すると、種子の発育が著しく悪くなり、収量も低下した。一方、二つのメタロチオネイン遺伝子OsMT2b、OsMT2c は節の肥大維管束及び分散維管束の篩部に恒常的に高発現していた。これらの遺伝子を破壊すると、特に種子への亜鉛の分配が減少した。
イネの葉緑体へのマグネシウム輸送を担う輸送体OsMGT3を同定した。OsMGT3は葉肉細胞の葉緑体包膜に局在し、マグネシウムを細胞質から葉緑体へ輸送する。またOsMGT3の発現は日周性を示し、ルビスコの活性変動と一致していることを見出した。この遺伝子を過剰発現すると、イネの光合成活性が向上した。そのほか、導管への積み込み（ローディング）に関与するケイ酸輸送体OsLsi3を同定した。OsLsi3は根の基部の内鞘細胞に局在し、極性を示さなかったが、Lsi2プロモーター制御下では、外皮と内皮に向心側に偏在した。また数理モデリングによって、導管へのケイ素のローディングへ対するLsi3の貢献が20％程度であることが分かった。オオムギのカドミウム集積の品種間差を制御する遺伝子HvHMA3も同定し、その発現調節機構を明らかにした。
Lsi1の構造解析から、5つ目のアミノ酸（65番目のThr）が別に存在し、そこに水分子が結合することでケイ酸が透過するのに最適なかたちをしていることがわかった。またこの5つ目のアミノ酸を人為的に変えてLsi1の機能を調べたところ、この部分がケイ酸の透過に重要であることが確認できた。さらに根の拡散方程式モデルを3次元モデルに拡張することで、イネの根における通気組織の垂直方向分布の構造などを模倣することができるようにした。
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| Research Progress Status |
令和2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2年度が最終年度であるため、記入しない。
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