2020 Fiscal Year Research-status Report
栽培イチゴの栄養・生殖成長転換分子機構の解明と応用
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19K06031
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
松本 省吾 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (90241489)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
太田垣 駿吾 名古屋大学, 生命農学研究科, 講師 (50597789)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 園芸学 / 野菜 / イチゴ / 生殖成長 / 栄養成長 / 促成栽培 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
栽培イチゴに普遍的な花芽分化誘導（促進）遺伝子FaFT3の機能解析を行うため、‘とちおとめ’から単離したFaFT3、FaFT1と野生種イチゴの花芽分化誘導遺伝子FvFT1をカリフラワーモザイクウイルス35Sプロモーター制御下でシロイヌナズナに導入し、過剰発現体を作出した。35S::FvFT1が短日条件下でのみ早期開花したのに対し、35S::FaFT3は短日・長日両条件下で早期開花した。一方、FvFT1と1アミノ酸のみ異なるFaFT1 （FaFT3ホモログ）を導入した35S::FaFT1では短日条件下で開花遅延が認められたことから、機能分化に関する知見を得るためにタンパク質モデリング解析を行った。花芽未分化状態と花芽分化初期状態の‘とちおとめ’クラウン茎頂部をレーザーキャプチャーマイクロダイセクション法にて取り出し、これを用いて実施したRNA-seq解析結果について再解析した。花芽分化時に発現上昇する702遺伝子についてGOエンリッチメント解析を行ったところ、生物学的プロセスでは、“非生物的、刺激、内生刺激への応答”、“花器官分化”、“生殖器官発生”に関わるGOアノテーションを持つ遺伝子が優先的に含まれており、具体的には、FaFT3に加えて花器官分化に関わるFaAP1、LEAFY、GID1などが見出されたが、Histone H4は見出されなかった。これに対し、花芽分化時に発現低下する449遺伝子からは、FaTFL1、FaAP2などの花芽分化抑制に関わる遺伝子が見出された。栽培イチゴ‘紅ほっぺ’クラウン部位に低温プラズマを直接照射したところ、プラズマ処理区において無処理区には見られない、既存の花芽分化誘導方法である間欠冷蔵処理区と同等の早い段階での収穫ピークが確認された。また、プラズマ処理区では、花芽分化初期にあたるクラウン頂部でのFaFT3発現レベルの上昇も確認された。
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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
今年度は、FvFT1とFaFT1についてタンパク質モデリング解析により立体構造を比較したところ、1アミノ酸置換部位においてFvFT1のH80の水素結合が2本であったのに対してFaFT1のN80では3本となっていた。これまでに、シロイヌナズナFTの１アミノ酸変異（Y84H）による花芽分化促進から抑制への機能変換が知られているが、この場合も水素結合の数が1本から２本と増加しており、タンパク質構造の安定性などが機能に重要であるのかもしれない。RNA-seq解析により、昨年度までに見出した栽培イチゴに普遍的な花芽分化誘導（促進）遺伝子FaFT3、抑制遺伝子FaTFL1に加えて、シロイヌナズナなどで見出されている遺伝子ホモログを確認することができ、シロイヌナズナと同様のカスケードにより栽培イチゴ花芽分化促進・抑制が制御されている可能性が示された。また、これまでの促成栽培のための低温短日処理、間欠冷蔵処理による花芽分化誘導に対し、今回、新たに低温プラズマ処理により花芽分化時期、収穫期を制御（前倒し）できる可能性が示された。これまでの方法では、冷蔵に関わるコストや多大な労働力の問題が指摘されているが、今後、プラズマ処理条件、方法の検討や改良などにより、より安価で効率的な促成栽培技術確立に繋がる可能性がある。さらに、クラウン茎頂部位から花芽未分化状態と花芽分化初期状態を確認した苗の葉を用いたRNA-seq.によるトランスクリプトーム解析を実施した。以上、前年度に引き続きいくつかの興味深い知見が得られており、おおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
実施した葉組織のRNA-seqによるトランスクリプトーム解析結果から、葉で栄養・生殖成長転換期に発現変動する遺伝子群の同定を行い、葉組織に花芽分化誘導に関わる遺伝子群の発現変動が見られるかを検証して、葉組織の花芽分化への関わりを明らかにする。また、花芽分化時に特異的に発現上昇する遺伝子をバイオマーカーとして用いる超促成栽培法を確立する。さらに、プラズマ直接照射に対してプラズマ処理液を施用する方法による花芽分化誘導についての知見を得る。基礎研究としての栽培イチゴ花芽分化の分子機構の一端に関するこれまでのクラウン茎頂部、葉組織を用いた研究成果を取りまとめるとともに、応用研究としての発現変動遺伝子を指標とした超促成栽培や間欠冷蔵、プラズマ処理による新規促成栽培法についてもまとめる。
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| Causes of Carryover |
当該年度に予定していた栽培イチゴへの新たなプラズマ処理実験（前年度の直接照射実験と異なるプラズマ処理液を用いた間接処理実験）を翌年度に実施することにしたため
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[Journal Article] Improvement of yield and quality of rice grain by periodic cold-plasma treatment with rice plants in paddy field2021
Author(s)
H. Hashizume, H. Kitano, H. Mizuno, A. Abe, G. Yuasa, S. Tohno, H. Tanaka, K. Ishikawa, S. Matsumoto, H. Sakakibara, S. Nikawa, M. Maeshima, M. Mizuno, M. Hori
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Journal Title
Plasma Process and Polymers
Volume: 18
Pages: e200018
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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