RIイメージング技術による同一果房内の果実肥大の不均一性生起メカニズムの解明

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K15228
• Research Institution: National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology
• Principal Investigator: 尹 永根 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 放射線生物応用研究部, 主任研究員(定常) (50609708)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 光合成産物 / RIイメージング / Cold-girdling

Outline of Annual Research Achievements

H29年度は、トマトにおける異なる葉位から同一果房内の各果実への光合成産物の転流様式を可視化するためのRIイメージング実験系を確立した。具体的には、果房周辺の葉に対して個別に11CO2トレーサガスを投与するための2種類の密閉型RI投与容器を開発した。これを用いて葉に11CO2を投与しポジトロンイメージング装置で撮像実験を行ったどころ、投与した総11CO2に対する葉における固定率が平均80％以上であることが確認できた。葉によって固定された11C標識光合成産物は、11CO2投与約70分後から果実に到達することが分かった。新たに開発したRI投与容器は短時間且つ簡便な操作で投与対象の葉を入れ替えられるため、イメージング実験効率の大幅な向上を実現した。また、植物の茎や果柄を局所的に冷却し、師管の輸送機能を一次的に停止または低下させるためのCold-girdling手法を確立した。高性能の冷却装置と発熱が少ないバイモルポンプの導入により、長時間（数時間）且つ持続的な低温処理（２～5℃）を実現した。この手法を用いて植物の茎の一部（幅約2 cm）に対して約5℃の連続的な低温処理を行いながら、11CO2とRIイメージング技術を用いて撮像実験を行った。得られた画像データを解析したどころ、Cold-girdling処理によって光合成産物の転流速度が処理前に比べて4割以上低下したことが分かった。
植物全身の葉、茎、果実を繋ぐ篩部の構造や連絡網の全体像を可視化するために、新しい画像化ツールとしてPET、MRI、CT撮像技術を導入し、各器官の篩部の立体構造を高分解能で可視化するための撮像条件の検討を行い、実験プロトコールを作成した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

H29年度は当初の計画通り、RIイメージング実験系とCold-girdling手法を確立した。これに加えて、新しい画像化ツールとしてPET、MRI、CT撮像技術の導入を行っており、すでに実験プロトコールを作成してある。これは、H30年度に予定している各葉位から果房内果実への転流様式の評価に非常に有用なツールであると考えている。一方、当初計画していた果実の着果と肥大の順番を変化させる栽培方法については再現性が低いため、現段階でまだ試行錯誤を行っている最中である。

Strategy for Future Research Activity

H30年度は、RIイメージング実験系を用いて光合成産物の果実への転流を可視化し定量的に解析することで、転流動態モデルの構築を行う。具体的に、１）各葉位から果房内の個別の果実への転流様式を可視化し定量的に評価する、２）果実間の位置関係（空間分布）による転流動態の相互関係の定量的に評価を行う、３）果実の発達過程の経時的変化（時間分布）に伴う果実間の転流動態の相互関係を定量的に評価する。これらのデータを総合し、数理的に解析することで転流動態モデルを構築する。また、トマト果実を用いてRNA-Seqを行うための条件検討を行う。

Causes of Carryover

RI投与容器の開発が想定より順調に進んだので、経費の節約につながった。発生した次年度への繰越金は、遺伝子発現解析に使用する予定である。