2019 Fiscal Year Annual Research Report
イネ冷害におけるエピジェネティックな制御機構の解明
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18H03947
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
東谷 篤志 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (40212162)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
工藤 洋 京都大学, 生態学研究センター, 教授 (10291569)
下野 裕之 岩手大学, 農学部, 教授 (70451490)
寺西 美佳 東北大学, 生命科学研究科, 助教 (10333832)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | イネ低温障害 / エピジェネティック制御 / 温度ストレス / 生殖成長 / 穂ばらみ期耐冷性 / 水温 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
イネの低温障害（冷害）は、地球規模での気候変動の拡大により、その発生リスクが懸念されている。しかし、その本質的なメカニズム解明には至っていない。本研究では、イネの冷害にみられる大規模な遺伝子発現の制御や温度メモリー効果の実体が、エピジェネティックなゲノム変化に起因するという作業仮設を検証することを目的としている。2019年度には、古川農業試験場の協力を得て、冷害を生じやすい低温感受性品種ササニシキ、耐冷性品種ひとめぼれ、さらに、耐冷性極強の東北227号を、通常の圃場と耐冷性検定圃場（19℃ならびに18.5℃の深水冷水かけ流し圃場）でそれぞれ栽培し、発達初期の幼穂ならびに穂ばらみ期の葯をサンプリングした。それらサンプルからRT-PCR法によりヒストン修飾遺伝子群の発現解析を行うとともに、低温ストレス応答や発生マーカー遺伝子の発現解析を行った。また、京都大学との共同研究によりRNA seqによる網羅的な遺伝子発現解析ならびにヒストンH3の修飾抗体を用いたChIP解析を行った。また、岩手大学の分担チームは同じく京都大学との共同研究により、栄養成長期の高温処理がその後の穂ばらみ期の冷害処理に及ぼす影響をRNA seqならびにChIP解析により調べた。いずれの実験からも、それぞれユニークな遺伝子発現の変動とヒストンH3のエピジェネティックな修飾の変化を捉えることができた。今年度は、サンプリングを継続するとともに詳細な発現変動ならびにエピジェネティックな変化の相関性について引き続き検討する。
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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
19年度に古川農業試験場の協力を得て実施したササニシキ、ひとめぼれ、東北227号の通常栽培と低温処理の最終的な種子稔性を調査したところ、通常栽培ではいずれの品種も9割を超える高い稔性を保持していたが、19℃の冷水かけ流し圃場では、ササニシキの稔性が4割、ひとめぼれは7割5分、東北227号では8割強、18.5℃では、ササニシキの稔性が1割、ひとめぼれ5割、東北227号では7割5分となり、温度に依存した品種間差が正しく観察された。これら処理条件下の穂と葯をサンプリングして、特にササニシキとひとめぼれでは、網羅的なRNA seqとChIP解析を実施した。東北227号は、栽培面積の都合からRT-PCR法による小規模な解析用のサンプリングを行った。RT-PCR法によるヒストン脱アセチル化酵素（HDAC）や脱メチル化酵素遺伝子(Jumonji)の発現解析では、全品種の葯において低温により発現誘導されるHDACやJumonji遺伝子を見出し、特に、ササニシキの葯で、その誘導がより顕著であった。京都大学との共同研究により幼穂ならびに葯で、発現変動する遺伝子群ならびにヒストンH3K4met3、H3K27met3修飾の変動も捉えることに成功し、ササニシキの葯では、ひとめぼれよりも、低温による遺伝子発現の抑制とH3K27met3の亢進がリンクする遺伝子群（100種以上）を見出すことができた。岩手大学と京都大学との共同研究では、これまでの栄養成長期の3週間、27℃に根圏を加温することで、その後の穂ばらみ期の冷害処理に抑制的な効果をもたらす実験結果を得ていたが、今年度は上述したように初夏の異常な低温により、逆に加温処理がその後の穂ばらみ期の低温に対して、障害を亢進させる負の効果をもたらす予想外の結果となった。根圏の水温と気温の差が大きくなったために冷害が促進される新たな表現型を観察することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
19年度も、古川農業試験場の協力を得ながら、ササニシキ、ひとめぼれ、東北227号の通常栽培ならびに低温処理栽培を行い、幼穂と葯のサンプリングを実施し、昨年度との再現性を確認するとともに、遺伝子発現の解析とエピジェネティックな変化に関する統合的な解析を実施し、温度環境の変化が及ぼすエピゲノム変化と、各種器官、栄養生長期の成長点、幼穂、葯など組織特異性についても、明らかにすることを行う。また、岩手大学では、主に、温度ストレスに加えて、施肥の影響についても、同様に冷害に及ぼす影響とエピゲノム変化に関する挑戦的研究を実施する予定である。
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