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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Dissecting the mechanisms underlying natural variation in abiotic stress tolerance of plants to adapt climate change

Research Project

Project/Area Number 19H03092
Research InstitutionTokyo University of Agriculture

Principal Investigator

太治 輝昭  東京農業大学, 生命科学部, 教授 (60360583)

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)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2024-03-31
Keywords浸透圧耐性 / シロイヌナズナ / 野生系統 / 多様性 / クチクラワックス
Outline of Annual Research Achievements

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た。2022年度の実績としては、水不足耐性を示すシロイヌナズナ野生系統より、水不足耐性が損なわれた突然変異株、aod2を単離した。aod2変異株は野生株と比較して、乾燥・塩・高温と幅広いストレス耐性が損なわれていた。その原因遺伝子を特定したところ、極長鎖脂肪酸合成に寄与するエノイル-CoA 還元酵素をコードするCER10遺伝子であることが分かった。植物は乾燥や外部からの物理刺激から身を守るために、葉・根・茎をはじめとする植物体全身がクチクラワックス(以後、ワックス)で覆われているが、aod2変異株は野生株と比較してワックスが著しく減少していた。一方、数百の完全長cDNAを個別に過剰発現させたシロイヌナズナのトランスジェニック植物系統より、酸化還元酵素のシトクロムP450をコードするKLU遺伝子を過剰発現させた植物が、乾燥・塩・高温耐性を著しく向上させることを明らかにした。KLU過剰発現株の葉が野生型と比較して明らかな光沢を示し、電子顕微鏡による植物体表面の観察により、野生株と比較して高次なワックス構造を有していることが明らかとなった。ワックス構成成分である長鎖・極長鎖脂肪酸を定量した結果、野生株と比較して、aod2変異株では減少し、逆にKLU過剰発現株では増加していることが明らかとなった。またタンパク質の三次元構造予測モデルより、KLUは長鎖脂肪酸を基質とし得ることが示唆された。以上の結果より、植物の乾燥・塩・高温耐性にワックスが必須であること、さらにKLU遺伝子の発現調節によりワックスを増加させて植物の乾燥・塩・高温耐性を増強できることが明らかにし、2つを同時に論文発表した。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (7 results)

All 2023 2022

All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 5 results) Presentation (2 results)

  • [Journal Article] Targeted in vivo mutagenesis of a sensor histidine kinase playing an essential role in ABA signaling of the moss Physcomitrium patens2022

    • Author(s)
      Sk R, Miyabe MT, Takezawa D, Yajima S, Yotsui I, Taji T, Sakata Y
    • Journal Title

      Biochem Biophys Res Commun

      Volume: 637 Pages: 93-99

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2022.11.009

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] KLU/CYP78A5, a cytochrome P450 monooxygenase identified via FOX hunting, contributes to cuticle biosynthesis and improves various abiotic stress tolerances2022

    • Author(s)
      Kajino T, Yamaguchi M, Oshima Y, Nakamura A, Narushima J, Yaguchi Y, Yotsui I, Sakata Y, Taji T
    • Journal Title

      Frontiers in Plant Science

      Volume: 13 Pages: 1-13

    • DOI

      10.3389/fpls.2022.904121

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] ECERIFERUM 10 encoding an enoyl-CoA reductase plays a crucial role in osmotolerance and cuticular wax loading in Arabidopsis2022

    • Author(s)
      Fukuda N, Oshima Y, Ariga H, Kajino T, Koyama T, Yaguchi Y, Yotsui I, Sakata Y, Taji T
    • Journal Title

      Frontiers in Plant Science

      Volume: 13 Pages: 1-12

    • DOI

      10.3389/fpls.2022.898317

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] ABERRANT PANICLE ORGANIZATION2 controls multiple steps in panicle formation through common direct target genes2022

    • Author(s)
      Miao Y, Xun Q, Teruaki Taji T, Tanaka K, Yasuno N, Ding C, and Kyozuka J
    • Journal Title

      Plant Physiology

      Volume: 189 Pages: 2210-2226

    • DOI

      10.1093/plphys/kiac216

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] MAP KINASE PHOSPHATASE1 promotes osmotolerance by suppressing PHYTOALEXIN DEFICIENT4-independent immunity2022

    • Author(s)
      Uchida K, Yamaguchi M, Kanamori K, Ariga H, Isono K, Kajino T, Tanaka K, Saijo Y, Yotsui I, Sakata Y and Taji T
    • Journal Title

      Plant Physiology

      Volume: 189 Pages: 1128-1138

    • DOI

      10.1093/plphys/kiac131

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 耐塩性シロイヌナズナLch-0が有する耐塩性機構の遺伝学的解明2023

    • Author(s)
      梶野拓磨、内山佳織、有賀裕剛、篠澤章久、四井いずみ、坂田洋一、太治輝昭
    • Organizer
      日本植物生理学会
  • [Presentation] 核膜孔複合体は免疫応答を介して植物の浸透圧耐性に重要な役割を果たす2023

    • Author(s)
      森研人、田村将士、田中啓介、四井いずみ、坂田洋一、太治輝昭
    • Organizer
      日本植物生理学会

URL: 

Published: 2023-12-25  

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