2019 Fiscal Year Research-status Report
Decoding symbiosis signal encoded by calcium oscillation
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18K06299
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| Research Institution | Kwansei Gakuin University |
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Principal Investigator |
武田 直也 関西学院大学, 理工学部, 准教授 (60571081)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 植物微生物相互作用 / 共生 / 根粒菌 / アーバスキュラー菌根菌 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物はアーバスキュラー菌根（AM）菌とのAM共生や根粒菌との根粒共生により効率的に養分を得ることができ、生育・環境適応に大きな恩恵を受けている。AM・根粒両共生における共生応答反応「カルシウム振動」は、宿主細胞内のCa2+濃度が周期的な変動を示す現象であり、その特徴的な振動パターンが共生シグナル情報をコードすると考えられている。本研究ではバイオイメージングとトランスクリプトーム解析により、カルシウム振動制御下にあると推定される共生遺伝子を同定し、その機能からセカンドメッセンジャーとして幅広い役割を持つCa2+が、振動現象によってコードした共生シグナル情報を解読する。
昨年度に得られたトランスクリプトーム解析結果をもとに同定した遺伝子について、RT-PCRやプロモーターレポーター解析を行った。そのうちのいくつかの遺伝子については根毛細胞での発現が確認はでき、これらの遺伝子の破壊株を作成することとした。根粒菌感染や共生シグナル分子であるNod factorに応答して根毛で発現する遺伝子を４つ候補として挙げ、CRISPR/Cas9によるゲノム編集によって対応する遺伝子に変異を導入した。その結果、それぞれの変異体の作出に成功し、現在、それらの個体からの種子の回収と表現型解析の準備を行っている。
また、カルシウム振動の発生には表皮細胞におけるNod ファクターの受容が重要な起点となっている。この受容体タンパク質であるNod factor Receptor 1 (NFR1)の変異体ではNod factorに応答したカルシウム振動は発生せず、以降の共生応答や根粒形成が進行しない。しかし、nfr1変異体の中から、根粒形成は起こらないがNod factorに応答したカルシウム振動が生じる変異体を同定した。この変異体におけるトランスクリプトーム解析を行い、発現していた遺伝子の解析を開始した。
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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
トランスクリプトーム解析より得られた遺伝子の発現が確認でき、それらの遺伝子のゲノム編集による変異体の作成がすべての遺伝子について成功し、表現型解析を行える状態になった。カルシウム振動を解析するうえで重要な変異体と考えられるカルシウム振動を生じさせるnfr1変異体についてもトランスクリプトーム解析に成功し、現在その発現プロファイルの解析を行っている。ここから同定された共生遺伝子の解析を進めることによっても本研究課題の目的達成に大きく貢献すると考えられる。同じく共生応答によりカルシウム振動を引き起こすイネにおけるスパイキングパターンの解析にも着手し、いくつかの変異体においてはカルシウム振動の観測実験系の構築が完了し、解析を進めることが可能になった。
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| Strategy for Future Research Activity |
ゲノム編集のターゲットとした共生遺伝子すべてに変異体が得られたため、これらの変異体の共生表現型を調べることで、共生における機能とカルシウム振動との関わりについて明らかにできると考えられる。さらに、カルシウム振動を発生させるnfr1変異体のトランスクリプトーム解析で得られた共生遺伝子群の解析と、これまでの得られた発現プロファイルなどのデータとの比較から、カルシウム振動との関与が推定される遺伝子の同定が期待でき、プロモーターレポーター解析やゲノム編集による変異体の作出へ発展させることが期待できる。イネの変異体を用いたカルシウム振動解析では、マメ科植物で既知の共生遺伝子の変異体におけるカルシウム振動の発生を確認することで、それらの共生遺伝子の単子葉植物、双子葉植物での普遍性を検証することが可能である。本課題で得られた成果もこのような手法により共生で普遍的な現象であることを証明していく。
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| Causes of Carryover |
学会の中止により予定していた旅費が発生しなくなった。
また、共同研究によりトランスクリプトーム解析費用を大きく削減することが可能となった。この費用によって翌年度以降のトランスクリプトーム解析の費用に上乗せして解析を行い、研究の促進をはかる。
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