2021 Fiscal Year Annual Research Report
根の成長を最適化する根冠組織の特異的機能とその時空間統御
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19H03248
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
中島 敬二 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (80273853)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮島 俊介 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (20727169)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | シロイヌナズナ / 根冠 / 細胞分化 / 細胞剥離 / 根圏 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度も、根冠内部の位置に応じて構成細胞が機能を転換させる機構の解明と、時空間的に統御された物質生産と放出経路が根と土壌環境の相互作用に果たす役割の解明に取り組み、以下の成果を得た。
(1) 根冠内の位置に応じて構成細胞が機能を転換させる機構の解明：
根冠の分化と機能発現を制御する３つのNAC転写因子のうち、BRN1とBRN2 （BRN1/2）は根冠の外側2層で特異的に発現し、これらの細胞に特有の分泌経路や生細胞の剥離を冗長的に調節している。BRN1/2の発現は、もう１つのNAC転写因子であるSMBにより正に制御されるが、smb機能欠損変異体においてもBRN1/2レポーターの発現は消失しない。この植物ラインを変異源処理した植物から、BRN1/2レポーターの発現が消失する変異体２系統と、発現が増大する変異体１系統を得た。これらが根冠細胞の剥離や形態にも異常を示すことを見出した。ゲノムリシーケンスにより候補遺伝子を絞り込んだ。
また根冠細胞の最外層への移行に同期した機能転換の過程を、水平光軸型動体トラッキング顕微鏡により詳細に解析し、核、アミロプラスト、液胞の動態変化を可視化した。前年度までの成果とあわせて論文にまとめ、プレプリントとして公開するとともにジャーナルに投稿した。
(2) 時空間的に統御された物質生産と放出経路が根と土壌環境の相互作用に果たす役割の解明：
根冠組織において、病原菌由来の成分を受容するMAMP経路と、植物細胞のダメージを感受するDAMP経路が協調的に作用し、抗菌物質の生合成を促進していることを見出した。これらの成果を学会で発表した。
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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
根冠細胞の機能転換過程をライブイメージングで捉えることに初めて成功した。またこの過程にオートファジーが機能することを明らかにし、プレプリントとして公開することが出来た。ジャーナルへの投稿も済ませ、非常に好意的な査読意見を得た。来年度早々に掲載されることが期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は以下の計画に沿って研究を実施する。
(1) 根冠内の位置に応じて構成細胞が機能を転換させる機構の解明：
根冠の分化と機能発現を制御する３つのNAC転写因子のうち、BRN1とBRN2 (BRN1/2)は根冠の外側2層で特異的に発現し、これらの細胞に特有の分泌経路や生細胞の剥離を冗長的に促進する。この発現パターンの維持に異常を示す３つの変異体系統から原因遺伝子を同定し、発現解析と機能解析を行う。またBRN1/2が自身の遺伝子の発現促進を通じて、最外層での発現を維持する可能性が見出されたため、このメカニズムの妥当性を遺伝学とイメージングにより検証する。
(2) 根冠において時空間的に統御された物質生産と分泌経路が土壌環境との相互作用に果たす役割の解明：
昨年度までに根冠やその周辺組織で発現する代謝酵素遺伝子や膜交通因子、病害応答に関与する遺伝子について変異体を作成した。本年度は、これらの変異体の根の成長動態や病害応答、代謝関連酵素遺伝子の発現を、動体トラッキング顕微鏡を用いたイメージングにより解析し、根冠と土壌環境との相互作用の遺伝的実体を明らかにする。また抗菌物質の代謝酵素が根冠細胞内で複合体を作っている可能性について、顕微鏡イメージングを用いた手法で検証する。
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