2018 Fiscal Year Research-status Report
オートファジー制御による作物の稔性・品質低下の克服
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17K19274
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
朽津 和幸 東京理科大学, 理工学部応用生物科学科, 教授 (50211884)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
来須 孝光 公立諏訪東京理科大学, 工学部, 准教授 (50422499)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2020-03-31
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| Keywords | オートファジー / 活性酸素種 / 澱粉粒 / 澱粉代謝 / α-アミラーゼ / プログラム細胞死 / タペート / プロテインボディ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物の花粉成熟過程において、葯のタペート細胞のプログラム細胞死(PCD)が決定的に重要であり、その不全は不稔を誘導し、農業上も重要な問題となる。タペート細胞内のオートファジー動態の可視化実験系を構築に成功した。タペート細胞死過程において、オートファジーは転写因子により制御されること、またこの過程でタペート細胞内に時期特異的に活性酸素種(ROS)が蓄積すること、ROS蓄積も転写因子によって制御されている可能性が示された。葯で発現するROS生成酵素の欠損変異体の表現型の解析の結果、積極的ROS生成がイネの花粉発達・花粉壁形成に重要であり、タペートPCDやオートファジーの誘導に重要な役割を果たす可能性が示唆された。オートファジー欠損変異体、ROS生成酵素欠損変異体の葯のトランスクリプトーム解析も進めた。
ごく低頻度で稔実したオートファジー欠損変異体種子は、白濁し、くず米様の形態を示した。走査・透過電子顕微鏡解析の結果、白濁化の原因は、胚乳周縁部における澱粉粒の微細化であることが判明した。糖・澱粉など代謝産物の比較解析から、澱粉蓄積量が低下する一方、スクロースやグルコース等の可溶性糖は増加していた。また、澱粉の中間分解産物であるマルトースも有意に増加していた。種子のプロテオーム・イムノブロット解析の結果、胚乳の澱粉分解酵素であるα-アミラーゼ酵素群が、コントロールと比べてオートファジー欠損変異体種子では顕著に増加しており、胚乳代謝の異常が確認された。一方、オートファジー欠損変異体では、高温ストレスマーカー遺伝子の発現が上昇しており、高温登熟等、環境ストレスによる白濁種子と類似していることを見出した。種子登熟過程の環境ストレス応答にオートファジーが重要な役割を果たす可能性が考えられた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
登熟期の環境ストレスによる種子品質低下におけるオートファジーの役割の検証・解明に関する研究は順調に進めることができた。一方で、2017年度まで同一研究室内で密接に連携しながら共同研究を行っていた研究分担者及び研究協力者が、2018年4月にそれぞれ別々の研究機関に異動したため、研究環境の整備や研究に必要な形質転換体の作成に、予想以上の時間を要すこととなり、その部分の研究がやや遅延した。研究体制は整備されつつあり、近い将来に研究目標を達成できると期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
出穂・開花期のストレスによるタペート細胞不全・稔性低下におけるオートファジーの役割の検証、新規オートファジー活性化技術の開発については、実験系の構築に時間を要したが、花粉成熟期、種子登熟期におけるオートファジーの役割の解明に基づいて、オートファジー制御による稔性・品質低下の克服への指針を得ることができると期待される。
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| Causes of Carryover |
2017年度まで同一研究室内で密接に連携しながら共同研究を行っていた研究分担者及び研究協力者が、2018年4月にそれぞれ別々の研究機関に異動したため、研究環境の整備や研究に必要な形質転換体の作成に、予想以上の時間を要すこととなり、研究が遅延した。研究期間を延長し、2019年度に追加実験を行うことにより研究を完了できる見込であり、その段階で、研究成果を学会や論文で発表することを計画しているため。
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Research Products
(103 results)
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[Journal Article] High-affinity K+ transporters from a halophyte, Sporobolus virginicus, mediate both K+ and Na+ transport in transgenic Arabidopsis, X. laevis oocytes, and yeast2019
Author(s)
Tada Y, Endo C, Katsuhara M, Horie T, Shibasaka M, Nakahara Y, Kurusu T
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Journal Title
Plant & Cell Physiology
Volume: 60
Pages: 176～187
Peer Reviewed
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[Journal Article] Functional screening of salt tolerance genes from a halophyte Sporobolus virginicus and transcriptomic and metabolomic analysis of salt tolerant plants expressing glycine-rich RNA-binding protein2019
Author(s)
Tada Y, Kawano R, Komatsubara S, Nishimura H, Katsuhara M, Ozaki S, Terashima S, Yano K, Endo C, Sato M, Okamoto M, Sawada Y, Yokota-Hirai M, Kurusu T
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Journal Title
Plant Science
Volume: 278
Pages: 54-63
Peer Reviewed
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[Presentation] Increased xyloglucan levels in response to mechanical stress strengthen the stem in poplar2018
Author(s)
Rumi Kaida, Yuki Inoue, Hiroki Inoue, Yurina Sakamoto, Shinya Nishio,Koji Nishida, Naoki Takata, Toru Taniguchi, Mineyuki Yokoyama,Kazuyuki Kuchitsu, Takahisa Hayashi
Organizer
アグリ・バイオ公開シンポジウム -植物バイオテクノロジーの最前線-
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[Presentation] ”Frontiers in Plant Science and Biotechnology” Roles of autophagy in endosperm development during rice seed maturation2018
Author(s)
Shigeru Hanamata, Yuri Sera, Shingo Sakamoto, Seijiro Ono, Kentaro Kaneko, Yuudai Mitsui, Tomoko Koyano, Naoko Fujita, Takehiro Masumura, Hikaru Saji, Ken-ichi Nonomura, Nobutaka Mitsuda, Toshiaki Mitsui, Takamitsu Kurusu, Kazuyuki Kuchitsu
Organizer
KAAB International Symposium 2018
Int'l Joint Research
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