植物寄生における、寄生―宿主植物間のシンプラスト輸送路の構築

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18J40278
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 古田 かおり 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 特別研究員(RPD)
• Project Period (FY): 2018-10-01 – 2023-03-31
• Keywords: 寄生植物 / シンプラスト輸送 / 篩部 / 吸器 / 形態形成 / コシオガマ / シロイヌナズナ

Outline of Annual Research Achievements

本研究は寄生植物が宿主植物のシンプラスト輸送路にどのように連結するかという問題に取り組んでいる。昨年度までの研究により、寄生植物であるコシオガマの吸器内には典型的な篩部組織はなく、新たな形態のシンプラスト輸送路が形成される可能性が見出されたため、当該年度は特に、吸器内で機能する細胞種を同定することやその形成機構を明らかにすることを目的としている。
当該年度は、コシオガマ吸器に対して、シングルセルトランスクリプトーム解析を行うことにした。当初の計画では、セルソーティングとRNA-seqを組み合わせたトランスクリプトーム解析を行う予定であったが、マーカー遺伝子を限定する必要のないシングルセルトランスクリプトームの方が情報が多いと考えられる。当該年度は、コシオガマの吸器から核を抽出し、セルソーターにかける条件検討を行った。その結果、まず、吸器の核のポピュレーションと思われる集団を見出すことができた。
また、これまでの研究により、篩部が形成できないシロイヌナズナ突然変異体を宿主植物としてコシオガマを寄生させると、コシオガマの吸器形成に異常があることが分かった。そこで当該年度は、この吸器の異常を調べるために、篩部が形成できない突然変異体にコシオガマを寄生させたときのRNA-seq解析を行った。その結果、まず、突然変異体に感染させたコシオガマでは、木部形成が遅れるという形態的表現型に一致して、維管束領域の決定や木部パターンの決定、木部細胞の分化に必要な遺伝子の発現量が、野生型シロイヌナズナに感染させたコシオガマ吸器より顕著に低いことが分かった。また、形成層で機能する遺伝子や維管束細胞の分裂に必要な遺伝子が発現抑制されていた。このことから、コシオガマ吸器の維管束形成には、宿主植物の篩部または前形成層が重要であることが分かった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

吸器内のシンプラスト輸送路を見出すことを目的に、当初の研究計画ではセルソーティングとRNA-seqを組み合わせたトランスクリプトーム解析を行う予定であったが、当該年度までの研究結果を踏まえ、コシオガマ吸器に対して、より情報量の多いシングルセルトランスクリプトーム解析を行うことにした。当該年度は予備実験を行い、目的とする吸器の核のポピュレーションを見出すことができた。また寄生における宿主植物の篩部の影響については、宿主の篩部の突然変異体を用いたRNA-seqの解析を進め、吸器内で起こってい異常が遺伝子発現レベルで裏付けられることを見出している。

Strategy for Future Research Activity

今後、吸器内のシンプラスト輸送路を見出すことを目的に、共同研究により、シングルセルトランスクリプトーム解析を行う。
また寄生における宿主植物の篩部の影響については、宿主の篩部の突然変異体を用いたRNA-seqの解析を進め、木部形成など目に見える異常の他に遺伝子発現レベルで起こっている吸器形成異常を見出していく。