2021 Fiscal Year Annual Research Report
Dissecting the mechanisms underlying natural variation in abiotic stress tolerance of plants to adapt climate change
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19H03092
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture |
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Principal Investigator |
太治 輝昭 東京農業大学, 生命科学部, 教授 (60360583)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
有賀 裕剛 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 遺伝資源研究センター, 研究員 (00849060)
西條 雄介 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (50587764)
土松 隆志 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (60740107)
星川 健 国立研究開発法人国際農林水産業研究センター, 生物資源・利用領域, 任期付研究員 (70634715)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 浸透圧耐性 / シロイヌナズナ / 野生系統 / 多様性 / 免疫応答 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物が同じ種内でもストレス耐性を持つ植物と持たない植物に分かれてきた進化的要因や、その背景でどんな遺伝子が働いているのかに関しては多くが不明である。本研究では、シロイヌナズナ野生系統間に見られる浸透圧耐性の遺伝的多様性から植物のストレス適応メカニズムを理解することを目的に、多様性を決定する鍵遺伝子の同定、および鍵遺伝子を中心とする耐性メカニズムの解明を目指している。2021年度の実績としては、浸透圧耐性に必須の遺伝子を同定し、論文発表するに至った（Uchida et al., 2022 Plant Physiology (IF=8.3)）。耐塩性を示すシロイヌナズナ野生系統の多くが有する塩馴化後に示す浸透圧耐性、塩馴化後浸透圧耐性の分子メカニズムを解明するために、塩馴化後浸透圧耐性シロイヌナズナ, Bu-5 種子にイオンビーム照射した M2 種子を用い、塩馴化後浸透圧耐欠損株 (aod13 変異株) を単離した。aod13変異株の原因遺伝子はMAP KINASE PHOSPHATASE1 (MKP1)であり、厳しい浸透圧ストレス下で惹起される免疫応答を抑制することで浸透圧耐性に寄与する役割があることを明らかにした。先行研究において発見した、浸透圧ストレスに高感受性を示すシロイヌナズナ系統が有するACQOS遺伝子は浸透圧下で免疫応答の鍵因子であるPAD4依存的に免疫応答を誘導するが、ACQOS遺伝子を持たない浸透圧耐性系統では、PAD4非依存的でありMAP KINASE3/6依存的に浸透圧ストレスで惹起される免疫応答をMKP1が抑制していることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
上記論文を含め、申請者が責任著者である論文を国際科学誌に2報、国内誌に1報発表するに至った。さらに現在、国際科学誌に3報を投稿、改訂中であり、「当初の計画以上に進展している」とした。なお、これらの論文はいずれも本研究課題の分担研究者らとの共著である。また、論文執筆の段階ではない部分についても、分担者をはじめとする多くの共同研究者らと研究が進み、データが積み上がりつつある。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では、シロイヌナズナaccession間に見られる浸透圧耐性の遺伝的多様性から植物のストレス適応メカニズムを理解することを目的に、次の課題に取り組んでいる。１）浸透圧耐性の多様性メカニズムの解明、２）塩馴化後浸透圧耐性欠損株の解析、３）ストレス耐性付与遺伝子導入トマトおよびイネの作出と耐性評価。１）については、先行研究において、シロイヌナズナの浸透圧耐性の多様性を決定するACQOS遺伝子座の同定に成功し、ACQOS遺伝子を有するシロイヌナズナaccessionが浸透圧高感受性を示す一方、ACQOS遺伝子を持たないaccessionが浸透圧耐性を示すことを明らかにした (Ariga et al., 2017; 3:17072, Nature Plants)。しかしながら、ACQOS遺伝子を持たないにも関わらず浸透圧感受性を示すaccessionも例外的に認められることから、ACQOS以外にも浸透圧耐性の多様性に寄与する遺伝子座の存在が示唆された。令和3年度の成果において、ACQOS遺伝子を持たないにも関わらず浸透圧感受性を示す2系統のaccessionについて、ロングリード、およびショートリードシークエンスによるゲノム解読を行うとともに、準同質系統（NIL）の作出を進めた。令和4年度はNILの遺伝子型から原因遺伝子座を絞り込み、変異株や相補試験により原因遺伝子の同定を試みる。２）については、昨年度論文発表に至った変異株に加えて、もう1つの変異株について原因遺伝子を同定することに成功した。現在、共同研究者らと最後の機能解析を進めており、令和4年度内の論文化を目指す。３）令和3年度の成果として、シロイヌナズナに浸透圧・塩・高温ストレスに耐性を付与する遺伝子の同定に成功した。そこで当該遺伝子をトマトおよびイネに導入し、その耐性評価を実施する。
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