2018 Fiscal Year Annual Research Report
オミックス解析を援用したサフラン薬効成分の生合成促進のための生育制御法解明
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18H02303
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
伊藤 博通 神戸大学, 農学研究科, 教授 (00258063)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宇野 雄一 神戸大学, 農学研究科, 准教授 (90304120)
黒木 信一郎 神戸大学, 農学研究科, 助教 (00420505)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | サフラン / 柱頭 / 子球肥大 / クロシン / トランスクリプトーム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
開花誘導：柱頭内薬効成分であるクロシンの生合成に関する光照射応答の機構解明のためにクロシン生合成に関するトランスクリプトーム解析を行った。クロシン生合成の鍵遺伝子であるCCD2遺伝子に注目した。既知であったCCD2遺伝子の配列を測定した遺伝子配列から検索したが見つからなかったため、de novo解析を行い、CCD2候補遺伝子を抽出し、分子系統解析を行ってサンプル内のCCD2遺伝子配列を決定した。この配列の光照射有無の2試験区間の発現量に有意差が認められなかった。柱頭サンプル採取時期がCCD2遺伝子発現ピーク期を過ぎていた可能性とCCD2遺伝子が光照射に応答しない可能性が考えられた。
子球育成：養液濃度に関して、OATハウスA処方1/2倍濃度を標準とし、これよりも高濃度でも低濃度でも子球重量が低下することがわかった。成長と共に気温を上昇させることによりシンク強度を持続させることが可能であると予想し、低温一定区と昇温区を設けて子球育成実験を行い、1ヶ月に1回子球を採取してトランスクリプトーム解析を行った。その結果、スクロース合成・分解関連遺伝子、デンプン合成・分解関連遺伝子、クロロフィルタンパク質複合体合成関連遺伝子およびDNA複製関連遺伝子の発現に両試験区間で差があることがわかった。このことから子球育成後期になるとスクロースの比率が高くなり細胞の分化が進み、かつデンプン合成が抑えられたことが示唆された。また、球茎内デンプン濃度および可溶性糖の非破壊計測により子球収穫時の子球内可溶性糖含量が開花後の柱頭収量に影響することがわかった。昇温区の最終気温が高温であったため、花芽の発育不全を引き起こした可能性がある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
子球育成実験の栽培期間が当初予定よりもかなり長期化し、全ての測定結果が得られる時期が遅くなっている。
サフランの生育は花芽形成期、開花誘導期、子球育成期の3期間に分けられ、開花期に香辛料や薬用部位となる柱頭を、また子球育成期に次世代の母球となる子球を1年に1回収穫する。人工環境下で効率よく高品質な柱頭や子球を収穫するための開花誘導期および子球育成期の最適環境条件を解明することが目的である。
開花誘導：柱頭内薬効成分であるクロシンの生合成に最適な環境を解明するためにクロシン生合成の光応答に関するトランスクリプトーム解析を進めてきた。クロシン生合成の鍵遺伝子であるCCD2遺伝子の配列が確定した。開花誘導期の光照射の有無によりCCD2遺伝子に有意差が認められなかった。
子球育成：子球が肥大するためには子球が光合成産物を取り込む能力であるシンク強度が低下せず持続することが必要である。シンク強度は葉からの炭素供給量と根からの窒素吸収量の比、C/N比が適正な範囲にあることにより持続するという仮説を立てている。また、可溶性糖であるヘキソースとスクロースの比がシンク強度に影響することがわかっていた。養液濃度に関して、OATハウスA処方1/2倍濃度が適していることがわかった。これまで地上部気温は栽培期間を通して一定値に固定していた。低温（15.0/17.0℃、明期/暗期）条件では肥大が促進されるが高温（18.0/15.1℃）では子球重量が小さくなっていた。シンク強度以上の光合成産物が供給されるとシンク強度が低下すると予想された。そこで成長と共に気温を上昇させることによりシンク強度を持続させることが可能であると考えた。子球育成実験を行い、トランスクリプトーム解析を行った結果、子球育成後期になるとスクロースの比率が高くなり細胞の分化が進み、かつデンプン合成が抑えられたことがわかってきた。
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| Strategy for Future Research Activity |
開花誘導：CCD2遺伝子の配列が確定したので、柱頭採取時期を早めてトランスクリプトーム解析を行い、光照射の有無によりCCD2遺伝子の発現に有意差があるかどうかを検証する。有意差が認められない場合はクロシン生合成経路上にあるCCD2遺伝子以外の遺伝子の発現について解析する。
子球育成：低温区と昇温区の2試験区における子球育成実験を行う。昇温区については子球の肥大速度が最大となる時点で気温を上昇させることにする。また、子球収穫時点の気温が高くなり花芽の発育不全を引き起こさないように注意する。昇温の時期に収穫した子球についてトランスクリプトーム解析を行い、昨年度解析対象になったスクロース合成・分解関連遺伝子、デンプン合成・分解関連遺伝子、クロロフィルタンパク質複合体合成関連遺伝子およびDNA複製関連遺伝子の発現を重点的に解析し、子球肥大を促進あるいは抑制する機構を解明する。
非破壊計測：開花実験に定植する球茎について光散乱計測による球茎内デンプン濃度と可溶性糖濃度の非破壊計測を行い、柱頭収量との相関関係について解析し、子球育成の条件が開花にどのように影響するのかを詳細に解析する。
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