2019 Fiscal Year Research-status Report
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19K05983
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| Research Institution | National Agriculture and Food Research Organization |
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Principal Investigator |
伊藤 博紀 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 次世代作物開発研究センター, ユニット長 (00466012)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 光周性花成反応 / イネ / 青色光 / 成長制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
青色光によるイネ出穂期改変を目指し、これまで、青色光受容体がイネの出穂促進に必須であることを遺伝学的に示してきた。さらに、長日植物のシロイヌナズナにはオルソログが存在しない、Ehd1と名付けられた穀類に特異的な花成促進因子の発現が重要であることも明らかとしてきた。
青色光依存的なEhd1誘導機構に関しては、Ehd1プロモーターに存在する青色光応答シス配列と相互作用する転写因子を見出した。シロイヌナズナのこの転写因子は、花成ではなく、伸長の光制御に働く。従って、新たに見出した転写因子は、イネでは光依存的な花成促進に働くと期待される。現在、ゲノム編集系統を作成し、次年度以降に検証を行う。この転写因子は、異なる転写因子とのペアでEhd1の転写活性化を実行することも明らかにした。今年度成果より、青色光依存的なEhd1の転写制御に係る核内分子基盤が構築されつつある。シロイヌナズナでは、CRY1の１アミノ酸変異（機能獲得型過剰発現）が早咲き表現型を示す。そこで、イネCRY1に同一変異を導入した改変型受容体の過剰発現を行った。その結果、イネの早咲き誘導はできなかった。しかしながら、この形質転換体は、青色光応答反応の１つで、GA代謝促進によるものと考えられる矮性を示した。青色光受容体の機能強化は期待通りにイネ植物体内で起きたと結論した。Ehd1の転写制御やフロリゲンの転写制御に複数の転写因子の相互作用が必須であるという上記の知見および最近の関連研究グループの報告を合わせて考えると、受容体依存的な青色光シグナル伝達からEhd1を介したフロリゲンの発現誘導までに複数のシグナル（異なる環境情報の入力、または、体内生理状態変化による入力）の符号が必要となることが強く示唆される。今後は、複数の材料から青色光応答性およびフロリゲン転写変動の解析等も行い、品種間差から新規な遺伝要因の探索にも着手する。
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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
青色光依存的なEhd1誘導メカニズムでは、見出した転写因子が、概日時計の制御下で、朝方に高く発現する日周変動を示すことから、青色光信号伝達系の下流で機能する可能性が非常に高い。また、既知のシグナル伝達因子とのタンパク質間相互作用も検証している。人工的な再構成実験であるが、Ehd1プロモーターの中でも、in vivoの青色光応答エレメント特異的に転写活性化を行い、作用機作が未同定だった転写制御因子とも相互作用する結果を得られたことは、核内での転写制御ネットワークの理解を進展させることができている。
一方で、青色光感受性の増強に向けた取り組みとして行った青色光受容体の過剰発現では、出穂期の顕著な促進を起こすことはできなかった。このことは、青色光受容体が、出穂促進の必要条件であっても、加速化には十分ではないことを示す重要な知見であった。また、別の視点から明らかにされた転写因子がEhd1の青色光誘導性に関与するというメカニズム解明の結果と合わせて考えると、青色光依存的な出穂促進を増強には、青色光信号伝達系の活性化と合わせて、体内生理状態変化、あるいは、追加の環境条件の設定も考慮する必要があると考えられた。今後、それを具体化するために、転写因子側からの解析や青色光を介した出穂制御に関連する新しい自然変異（遺伝要因）の特定が必須になり、当初計画した通りの研究の展開を見せている。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究責任者が所属する農研機構の有する遺伝資源を活用して、青色光応答に関連するデータを収集するとともに、ターゲット形質の自然変異同定に向けて最適な研究材料（品種、育種素材）の組み合わせを（交配を視野に）見出す。短日条件下のEhd1の転写誘導に関しては、光周性花成反応における抑制因子の機能欠損を有する育種素材が有望であると考え、既に、それらの材料については、栽培を開始しており、予備的なデータ取得を開始している。今後は、それをさらに加速する。
ゲノム編集系統に関しては、それ自身が、新しい育種素材としても活用できる可能性があるため、外来遺伝子（マーカー遺伝子+ガイドRNAなど）が除去され、野外栽培試験も可能な系統の作出を念頭に、解析は慎重に進める。
分子基盤構築に向けては、現在確立したトランジェント系を活用し、転写因子間相互作用の全体像を迅速に示す。さらに、先駆的な研究成果が蓄積しているシロイヌナズナの光応答反応の知見を大いに参考にして、イネ品種の出穂期改変に活用可能な育種素材の開発に資する転写因子の活性低下や活性増加を引き起こすアミノ酸変異などの情報の獲得も目指すことで、基礎と応用の両面から本研究課題を総合的に加速化させていく。
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