2019 Fiscal Year Research-status Report
鉄欠乏に応答した根－葉－根間の長距離シグナル伝達機構解明
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18K05373
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
田畑 亮 名古屋大学, 生命農学研究科, 特任講師 (30712294)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 長距離シグナル / 鉄欠乏応答 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物は、一部の根で栄養欠乏を感知した際、他方の根から相補的に吸収することで、個体全体として取り込み量を最適に保つシステムを保持している。植物は、窒素と同様に、鉄イオンの局所的な欠乏に対しても、このシステムを持っている。しかし、その制御機構は明らかになっていない。本研究では、土壌中の不均一栄養環境を模倣したSplit-root培養法を利用したトランスクリプトーム解析を通して、鉄欠乏に応答した根―葉-根間の長距離シグナル伝達機構を明らかにすることを目的としている。
これまで、シロイヌナズナSplit-root鉄欠乏培養法を用いた時系列トランスクリプトーム解析から、葉から根へ移動して鉄吸収を活性化する器官間移動性の候補分子を同定し、その中から「分泌型システインリッチペプチド（CRP）」と「鉄結合タンパク質（IRON MAN; IMA）」に着目した。CRPは、ゲノム上で4遺伝子がタンデムに存在していたため、DNA修復関連変異体を用いたCRISPR/Cas9の系を開発してターゲット領域にLarge deletionを引き起こすことに成功した。この変異体は、鉄欠乏処理に対してい感受性を示した。
IRON MAN（IMA）は、台湾Academia SinicaのSchmidt博士より多重変異体を分与していただき、Split-root鉄欠乏処理による相補的な鉄イオントランスポーター（IRT1）の発現上昇が起こらないことを明らかにした。したがって、IMAは、鉄欠乏応答性の長距離シグナル伝達において、重要な役割を果たしていることが示唆された。
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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
当初の予定通り、シロイヌナズナSplit-root鉄欠乏培養を用い、一部の根における鉄欠乏時に「Split-root間のそれぞれの根」および「地上部」をサンプリングして、経時的なトランスクリプトーム解析を行い、鉄欠乏に応答した長距離移動性シグナル候補因子を単離できた。
時系列RNA-seq解析結果より抽出してきた、「葉から根」への移動が推定される「分泌型システインリッチペプチド（CRP）」に関しては、ゲノム編集によって変異体作成に成功し、鉄欠乏に対して感受性を示した。今後は、この変異体を用いて、Split-root鉄欠乏応答の解析や、トランスクリプトーム解析によって、鉄欠乏に応答した長距離シグナルにおける役割を検証する。
また、もう一方の候補因子「鉄結合タンパク質（IRON MAN; IMA）」の機能欠損変異体では、局所的な鉄欠乏に誘導される相補的な鉄トランスポーターの発現上昇が抑制されていたため、鉄欠乏応答性の長距離シグナル伝達において、重要な役割を果たしていることが明らかになった。現在、この候補因子の器官間の移動性について、シロイヌナズナmicro-graftingの手法よって検証している。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画通り、時系列RNA-seq解析結果より単離できた候補因子群について、破壊株の作成ができたので、さらに過剰発現体、GFP融合遺伝子の件質転換体を作成し、合わせて、局所的な鉄欠乏応答性の長距離シグナルにおける役割について解析を進める。また、既知の鉄欠乏応答に関わる転写因子群や、植物体内の鉄の分配に関わるトランスポーターの変異体を用いて、これらの因子の長距離シグナルにおける役割も検証する。これらの結果を通して、既知の因子と、本研究で単離されてきた候補因子との関係性についても検証する。
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| Causes of Carryover |
研究計画どおり、Split-root鉄欠乏培養時における時系列トランスクリプトーム解析を実施して、葉から根への移動性候補因子が単離できたため、破壊株作成、過剰発現体作成、およびmicro-graftingによる機能解析を進める必要が生じた。そこで、令和2年は、費用の一部を人件費に充てて、候補因子の機能解析を進める予定である。
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