2019 Fiscal Year Annual Research Report
Temperature and light signals in plant cold acclimation
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17H03961
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| Research Institution | Iwate University |
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Principal Investigator |
上村 松生 岩手大学, 農学部, 教授 (00213398)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
河村 幸男 岩手大学, 農学部, 准教授 (10400186)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 低温馴化 / 低温シグナル / 光シグナル / 凍結耐性 / シロイヌナズナ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
低温馴化における温度と光の影響： シロイヌナズナ野生型（Col-0）を単色光および混色光下で低温馴化した後に凍結融解を行い、生存率調べた。未馴化個体は-6℃でほぼ枯死するが、低温馴化処理区は-10～-12℃でも生存していた。青色光と赤色光での生存率を比較すると、赤色光の方が低い傾向がみられた。また、青色光と赤色光は他の光質（白色光、混色光）よりも生存率が低くなっており、低温馴化には単色光のみでは不十分であると考えられた。低温馴化後個体の浸透濃度測定の結果から、白色光と比較して青色光と赤色光では適合溶質の蓄積が少ないことが凍結耐性が上昇しない一因と考えられた。さらに、白色光と青赤混色光の間に生存率の差がみられなかったことから、低温馴化には青赤混色光で十分であると考えられた。しかし、再生率は-12℃での凍結個体で青赤混色光の方が35%程低くなっているため、凍結から回復する能力には赤青以外の光が必要であると考えられる。
タンパク質変動解析： 低温馴化に関連した細胞核タンパク質の継時的変動を解析した。未馴化、低温馴化、脱馴化シロイヌナズナ野生型（Col-0）個体から核画分を単離し質量分析に供した。同定した1001個のタンパク質のうち、細胞核及び核と連絡している小胞体に局在すると同定できた115個の機能を推定したところ、転写及びタンパク質蓄積や合成に関するものが大きな割合を占めた。転写カテゴリーでは、低温馴化とともに蓄積量が増加し、脱馴化で減少傾向がみられた。一方で、タンパク質カテゴリーでは低温馴化において減少し、脱馴化でわずかな上昇がみられた。さらに、多くの核タンパク質が低温に応答していた。また、既知の低温誘導性タンパク質に加えて、未報告の多くの核タンパク質が低温馴化時に増加、逆に、脱馴化時に減少していた。
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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
本研究は、植物の低温適応機構に大きな影響を与えている温度環境と光環境の相互関係を理解するため、さまざまな温度および光環境で低温馴化した場合の低温応答性を解析する実験系を用いて研究を進めている。本年度は、単色光に加えて混色光下で低温馴化した場合の凍結耐性評価を詳細に行った。その結果は、単色光と比較して混色光の効果は大きく、自然光下で低温馴化する植物の応答機構をそれぞれの単色光とそれらを混合した混色光を使い分けて生理学的および分子生物学的な応答機構を解析する実験系を確立しつつある。いままでの研究は実験系を単純に設定して実施された結果を基に低温応答機構を論じてきたが、本研究によってより自然界に近い条件で植物がどのように取り巻く環境に応答して適応しているかを解析できる基盤を構築することができると考えられる。今後は、光の条件に加えて温度変化や温度較差を実験系に導入することにより、温度と光の相互作用も見せてくると考えられので、このラインに沿って来年度の研究を進めていきたいと考えている。
プロテオーム解析は、凍結傷害の初発部位である細胞膜にとどまらず、オルガネラの低温応答性を解析することも重要な基盤的データを供給しうる。本年度は、その皮切りとして、細胞核プロテオームの温度応答性の解析に着手した。岩手大学所有のプロテオーム解析用質量分析機の不調により、予定していた実験を考え直すとともに、一部の実験を2020年度への延期、および、2021年度への継続を余儀なくされたが、低温情報伝達に重要な役割を持つ核タンパク質の温度に依存した変動の様相を明らかにすることができ、当初の目的に近づくことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度である2020年度は、本研究が目指している野外環境下における植物の環境信号の受容・伝達機構と環境変化への応答機構を理解することを目指し、まず、温度を第一要因として情報伝達の重要基盤をなすタンパク質レベルでのリン酸化状態変動解析を行い、論文化する。また、温度と光要因の相互作用について研究を進め、低温馴化における温度と光の組み合わせや、温度変化・較差を条件に導入した場合の植物の凍結耐性を解析し、低温馴化における温度と光の相互作用のさらなる理解を進める。さらに、本研究機関に得られた成果や既報の情報などを集め、単一環境因子の変動を対象としてきた今までの室内実験による成果と複雑な環境変動を伴う野外で生育する植物の生存戦略を繋ぐ考察を試みる。このことによって、野外の多様な環境因子に対応している作物の生産効率の至適化にも貢献することができると考えられる。
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Research Products
(14 results)
