2018 Fiscal Year Research-status Report
光周期による花成制御機構の解明：長日性植物の短日性植物化
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17K07452
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| Research Institution | International Christian University |
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Principal Investigator |
溝口 剛 国際基督教大学, 教養学部, 教授 (70281623)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 光周性 / 短日性 / 長日性 / シロイヌナズナ / 概日時計 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
（課題１）については、主に実験室内栽培したシロイヌナズナ短日性変異体であるearly flowering 3; gigantea (elf3;gi)及びコントロール植物を短日条件下及び短日条件＋暗期中の短時間赤色光照射（暗中断）のもとで栽培し、４時間おきにサンプリングし、RNAを抽出した。cDNA合成後にリアルタイムPCRを行い、FLOWERING LOCUS T (FT)を含めた主要な花成制御遺伝子と概日時計遺伝子の発現解析を行った。フロリゲンをコードするFT遺伝子の発現量は、これまでの多くの報告のとおり、野生型植物では長日条件下で高く、短日条件下では低くなる。一方、野生型とは逆に、短日条件下の方が長日条件下よりも栄養成長時の葉枚数が少なくなり早咲きとなる、短日性変異体であるelf3;giでは、FT遺伝子の発現量は長日条件下で低く、短日条件下では高くなる。短日条件＋暗期中の短時間赤色光照射（暗中断）のもとでは、短日性変異体であるelf3;giでは、FT遺伝子の発現量が低下することを確認した。
また、GI遺伝子の過剰発現体（GI-ox）が恒明条件下で栽培した際に、個体サイズが小型化することを見出した。概日時計または花成関連遺伝子の突然変異との多重変異体を作出し、これらの変異が及ぼすGi-oxの小型化への影響を検討した。いくつかの変異がGI-oxの効果を有意に抑圧することを見出した。
（課題４）については、シロイヌナズナ以外の長日性植物としてBrassica rapaに関する研究を進めた。H29にJohn Innes Centreより、GIGANTEAとELF3の相同性遺伝子の点突然変異体系統の種子をそれぞれ複数入手し、H30に変異体種子の増殖を行い、二重変異体の作出を試みた。
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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
「植物の開花・種子収穫季節を自在に制御する技術開発」を目的として、次の4課題を行うこととしている。（課題１）主に実験室内栽培したシロイヌナズナ短日性変異体(elf3;gi)のトランスクリプトーム・メタボローム解析を行う。（課題２）野外環境において気象データ（気温、湿度、照度など）を計測するとともに、短日性変異体の花成応答を解析する。（課題３）長日性植物の短日性植物化に関する数理モデル解析を行う。（課題４）シロイヌナズナ以外の長日性植物（タバコ、ミヤコグサ、ブラキポディウムなど）を用いて、ゲノム編集技術により、ELF3とGI相同遺伝子の二重破壊株の単離・解析を行う。
課題１と２については順調に結果を得ている。課題１）に関する研究成果を４編の英文学術原著論文にまとめ、投稿審査中である。しかし、課題１－１については、全遺伝子の発現プラファイル解析やメタボローム解析の結果を得るには至っていない。そのため、課題３で予定している「数理モデル解析」に必要なデータが不足しているため、モデル解析には至っていない。課題４については、シロイヌナズナ以外の長日性植物として、Brassica rapaを選定し、解析を進めている。その他の長日性植物（タバコ、ミヤコグサ、ブラキポディウムなど）に関する解析は遅れており、次年度に進めていきたい。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度以降は、予定どおり、下記の４課題を実施する。これらに加えて、29・30年度に未実施の項目については、合わせて実施する。
（課題１）短日性変異体における光周性変換メカニズムの理解：短日性植物アサガオのFT遺伝子発現ピークの位相は、ライトオフを認識してリセットされる。上記１）の光周期条件と野生型及び変異体系統を用いて、FT遺伝子と他の時計制御遺伝子の発現について、ライトオフによるリセット効果の有無を検討する。elf3:gi変異体において、FT発現量の変動が短日性植物型となるか検討する。
（課題２）短日性変異体の野外環境における花成応答の解析：平成29・30年度に引き続き、野外環境（学内の5観測地点）において気象データ（気温、湿度、照度など）を自動計測するとともに、短日性変異体の花成応答を解析する。月の初めに播種し、12回／年分の栽培データを取得する。短日性変異体elf3;giが自然条件下でも短日性を示すかを確認する。2年分のデータをまとめ、解析する。
（課題３）長日性植物の短日性植物化に関する数理モデル解析：平成29・30年度に引き続き、課題１と課題２に関する数年分の実験データをもとに、長日性植物の短日性植物化に関する数理モデル解析を行う。花成ホルモン・フロリゲン蓄積量、限界暗期長、概日時計のFRR、明暗周期によるリセットのされ方などを主な解析対象として、複数の数理モデルを構築する。
（課題４）他長日植物の短日性変異体の単離・解析：まずはシロイニナズナ以外の長日性モデル植物について、光周性反転の有無を検討する。
（全般）研究成果をまとめ、原著論文または総説として、投稿を進める。
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| Causes of Carryover |
進捗状況に記載のとおり、平成30年度実施計画の中で、課題１と２については順調に結果を得ているが、その他の実施項目については、未実施あるいは進行が遅れている状況にある。課題１－１については、全遺伝子の発現プラファイル解析やメタボローム解析の結果を得るには至っていない。そのため、課題３で予定している「数理モデル解析」に必要なデータが不足しているため、モデル解析には至っていない。課題４については、Brassica rapa についての研究は進行しているが、その他の長日性植物（タバコ、ミヤコグサ、ブラキポディウムなど）に関する解析は遅れており、次年度に進めていく予定である。
上記の実施状況から、平成30年度未使用額が生じた。未実施項目を次年度（令和元年度）に実施予定であり、平成30年度未使用額を令和元年度に追加して使用予定である。
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