2017 Fiscal Year Annual Research Report
Analysis of flower type formation mechanism in chrysanthemum
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17H03762
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
柴田 道夫 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (80355718)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
樋口 洋平 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 講師 (00746844)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 園芸学 / 遺伝子 / 花型 / 頭状花序 / 八重咲き |
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| Outline of Annual Research Achievements |
二倍体キク属野生種キクタニギクにおいて，CRISPR/Cas9システムを用いたゲノム編集の取り組みを開始した．CYC2 およびCクラス遺伝子等の花器官形成関連遺伝子の機能欠損変異体の作出のコンストラクトを構築し、既に複数の形質転換体が獲得できている。
同じくキクタニギクから7種類のCYCLOIDEA2(CYC2)遺伝子が単離できた．部位別および頭状花序発達段階別の発現量を定量した結果、3種類のCYC2が小花の発達と舌状花アイデンティティ決定に重要である可能性が示唆された。これら3種類のCYC2遺伝子についてin situハイブリダイゼーション法により時空間的な発現解析を行った結果、これらの遺伝子は、小花の形成および舌状花と筒状花を問わず小花内の花弁、雄しべ、雌しべの形成に関与しており、頭状花序発達の初期から中期にかけてCYC2遺伝子の発現制御により舌状花と筒状花の形態的な違いが生じると示唆された。他のキク科植物の研究ではCYC2遺伝子が舌状花形成を制御するモデルが構築されているが、キクタニギクで得られた結果はこれと異なった．
一方、1～5 mmの花蕾の舌状花および筒状花から抽出したRNAについてRNA-seq解析を行い、頭状花序発達に伴って発現が変動する遺伝子を網羅的に探索した。発現パターンに基づき、舌状花特異的に発現する遺伝子群、筒状花特異的に発現する遺伝子群、3 mmの花蕾で一過的に高発現する遺伝子群、頭状花序発達に伴って発現が増加する遺伝子群、頭状花序発達に伴い発現が減少する遺伝子群にそれぞれ分類した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では、キクの頭状花形成機構を明らかにするため、キクタニギクにおいてゲノム編集による遺伝子破壊法を確立し、花器官形成関連遺伝子の高精度な機能解析に取り組む。さらに、キクタニギクおよび多様な形態を示す栽培ギク小花における網羅的遺伝子発現解析から候補遺伝子を抽出し、頭状花発達過程における詳細な時空間的発現解析を行うと同時に、タンパク質間相互作用解析から花器官形成を制御する新規転写複合体を明らかにすることとしている。
本年度は、キクタニギクでCRISPR/Cas9システムを用いたゲノム編集の取り組みを開始し、既にCYC2およびCクラス遺伝子の機能欠損変異体作出を目的とした複数の形質転換体の獲得に成功している。また、他のキク科植物の研究で舌状花形成を制御するモデルが構築されているCYC2遺伝子についてキクタニギクにおける単離を行い、全部で7種類のCYC2遺伝子があることを明らかにできた。これらの遺伝子について、部位別および頭状花序発達段階別の定量的な発現解析やin situハイブリダイゼーション法による時空間的な発現解析を行った結果、3種類のCYC2が小花の発達と舌状花アイデンティティ決定に重要である可能性があったものの、他のキク科植物の研究で構築された舌状花形成のモデルは当てはまらない可能性が示された．
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| Strategy for Future Research Activity |
２年目である本年度は、前年度に取り組みを開始したCRISPR/Cas9を用いたキクタニギクのゲノム編集実験を進め、CYC2 およびCクラス遺伝子等の花器官形成関連遺伝子の機能欠損変異体の作出および特性調査を行う。また、前年度のキクタニギクの頭状花発達過程における時空間的発現解析で抽出された花器官形成候補遺伝子についても遺伝子破壊による機能欠損変異体を作出する。さらに、遺伝子破壊に加え、knock-in, site-directed mutagenesisを可能とするコンストラクトおよび培養条件の検討を行う。なお、前年度に行ったキクタニギクにおける時空間的発現解析では、ヒマワリやガーベラで頭状花序形成に直接的に関与するとされたCYC2だけでは筒状花から舌状花への変化は説明できなかったことから、多様な形態を示す栽培ギク小花における網羅的な遺伝子発現解析を行い、キクにおける八重化の候補因子を探索するとともに、新たに単離された候補因子に関してBiFC法によりCYC 遺伝子およびABCE クラス遺伝子との相互作用を明らかにし、新規複合体による頭状花形成モデルを目指す。
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