2019 Fiscal Year Research-status Report
Analysis of mechanisms of environmental responses based on profiling of organ-specific gene expressions in plants
| Project/Area Number |
19K06861
|
|---|
| Research Institution | Ritsumeikan University |
|---|
Principal Investigator |
荒木 希和子 立命館大学, 生命科学部, 講師 (30580930)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | 地下茎 / 季節変化 / 土壌環境 / 遺伝子発現 / 生物防御 / 器官形成 / クローナル植物 / クローン成長 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
分化全能性を持つ植物では、器官の形成や伸長は周囲環境に影響を受けるものの、柔軟性や特異性を含む環境応答メカニズムは十分理解されていない。本課題では、地下茎の挙動に着目して周囲環境による変化を調べ「植物が周囲環境へ器官特異的に応答する仕組みの解明」を目指している。
2019年度は、野生個体における地下茎の成長・分化と遺伝子発現変化を調査し、地下茎は4月から9月頃まで伸長を続け、その後3月頃まで根出葉を維持することを確認した。また生物防御に関わるER bodyの関連遺伝子と考えられるClePYK10は、地下茎において地下茎伸長期から根出葉形成期まで維持され、花芽が形成される1月から3月に低下することを特定した。地下茎伸長期には、枯死する地下茎を持つ株ほど、また根出葉の分化が遅い株ほどClePYK10発現量が高い傾向が見られた。このことから地下茎におけるER body形成は、成長に伴う組織の分化に加えて、個株のフェノロジーと地下茎の生存によって変化することが示唆された。
開花期の部位特異的な遺伝子発現パターンについて、地下茎で高発現する遺伝子、地下茎と頂芽（花）で発現量の差異が大きい遺伝子のreal-time定量PCRより、発現パターンが他個体でも再現されることを確認した。また伸長停止時期の地下茎のトランスクリプトームを解析し、この時期の地下茎では生物防御関連遺伝子の発現が維持されていることを特定した。
地下茎形成に対する土壌の生物的環境の影響を調べるため、微生物添加・滅菌などの処理を行った土壌でコンロンソウを栽培した。その結果、土壌細菌数が多いほど、また株の地下茎生存率が高いほどClePYK10発現量が高い傾向が見られた。よって土壌微生物は地下茎の挙動に影響する可能性があり、土壌微生物について根圏土壌、地下茎、根の菌叢解析を行い、地下茎と周囲の土壌環境との特異性を検証している。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
コンロンソウ (Cardamine leucantha) [アブラナ科タネツケバナ属]を対象に、
(1)滋賀県多賀町の集団において2019年4月から月１-2回（2018年より継続）個体の生育を観察し、地温と土壌細菌を測定した。また3個体から地下茎を採取し、ClePYK10のreal-time定量PCRを行った。調査と分析は計画通りに進行したが、個体間のフェノロジーの違いが大きいことが分かり、今後は各月のサンプル数を増やして調査実験を行う必要がある。一過的発現の顕微鏡観察によって根出葉を展葉する時期の地下部においてもER body形成を確認することができた。
(2) 開花時期の部位特異的な遺伝子発現パターンについて、地下茎で高発現する遺伝子、地下茎と頂芽（花）で発現量の差異が大きい遺伝子のreal-time定量PCRを行い、別個体においても部位間での違いが見られることを確認した。地下茎の伸長が停止する前後の7月から11月までの地下茎の遺伝子発現パターンについてトランスクリプトーム解析を進めている。花芽形成時期については解析に十分なサンプルが得られなかったため、本年度はRNA-seqを行わなかった。
(3)地下茎の伸長と生物防御応答に対する土壌微生物の影響を調べるため、コンロンソウ自生地の土壌に(i) 滅菌処理、(ii) 細菌投入、(iii) 真菌投入、(iv) ミミズ投入、（v）ネコブ病菌投入、(vi) 無処理を施し、コンロンソウの栽培を行った。6か月後に地下茎伸長と新ラメット形成、ClePYK10発現量を調べたところ、土壌細菌による伸長と発現量の違いが示唆され、より詳細な検証が必要である。またコンロンソウ自生地の土壌、根、地下茎について質の良いサンプルが得られたため、次年度予定のメタゲノム解析を実施した。部位間での菌叢の違いについて比較解析を行っている。
解析を行っている。
|
| Strategy for Future Research Activity |
(1) 個体数を増やして野外調査を継続し、年変動と再現性を確認する。またlePYK10以外の生物防御関連遺伝子（CleNAI2、 ClePBP1、 CleBGLU18、 CleTSA1、 CleGLL23など）ならびに地下茎と茎頂で発現差が大きかった遺伝子（CleLSH10、 CleAGL9など）についてもreal-time 定量PCRを行い、器官の分化および成長にともなう遺伝子発現変化を多角的に調べる。
(2) 花芽形成時期の器官特的な遺伝子発現パターンを調べるため、1-4月にかけての地下茎のトランスクリプトーム解析を実施する。それにより地下茎から花茎へ移行する過程における遺伝子発現の部位間比較から、形態変化と遺伝子発現の変化はどちらが先行するかを特定する。
(3)季節変化しない条件（明暗周期12h/12h）での栽培ならびに伸長中の地下茎への光照射の実験を行い、地下茎の挙動を観察するとともに遺伝子（CleLSH10、ClePHOT1など）の発現変化を調べ、地下茎伸長に対する光の影響を検証する。
(4)微生物量を明確に変化させた土壌でコンロンソウを栽培し、地下茎の伸長と防御応答に対する土壌環境の影響を検証する。また菌叢解析を進め、地下茎と土壌微生物の相互作用に関する知見を得る。
(5)近縁種のクローン成長器官（地下茎，匍匐枝）における組織特異的な遺伝子発現パターンを調べ、これらの器官分化における周囲環境の影響を検証する。
|
| Causes of Carryover |
受託解析の依頼は期日までに完了し、納期も本年度内の予定であったが、分析の途中で検討事項が生じたため、当初の予定よりも完了時期が延び、次年度への繰り越しとなった。現在すでに解析は完了し、納品済みとなっている。
|
Research Products
(2 results)
