2020 Fiscal Year Research-status Report
矮化剤を利用した花弁複色模様の改変とそのメカニズムの解明
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19K15835
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
東 未来 日本大学, 生物資源科学部, 助教 (80783414)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ジベレリン / 矮化剤 / ペチュニア / 花色 / 複色模様 / PTGS / siRNA |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度までの研究で，複色模様のペチュニア品種にわい化剤（ジベレリン生合成阻害剤）の一種であるダミノジッド剤（SADH）を処理すると花冠の着色部位が減少すること，この現象は内生ジベレリン（GA）生合成が抑制されたことで，アントシアニン合成遺伝子群の一つであるCHS遺伝子の発現量が減少したことによって誘導されることを明らかにした．
令和2年度は，GAの生合成が抑制されたことによって，なぜCHSの発現が抑制されるのかを明らかにすることを目的として研究を進めた．これまでに，複色模様の白色部位ではCHSのsiRNAが蓄積することから，複色模様の形成にはCHS遺伝子の転写後抑制（PTGS）が関与していることが報告されている．本研究では，複色模様を持つペチュニアの花における，CHSのPTGSに及ぼすGAの影響を明らかにするため，SADH処理およびGA処理をしたペチュニアの蕾で，CHSのsiRNA量の比較を行った．その結果，CHSのsiRNA量はSADH処理では増加し，GA処理では減少することが明らかとなった．このことから内生GAはCHSのPTGSを抑制しており，SADH処理による花弁の白色化は，CHS遺伝子のPTGSが促進したことによって誘導される可能性が示唆された．
内生GAがペチュニアの複色模様形成に関与しているのかを明らかにするため，ペチュニア花冠の着色部位と白色部位に分けて活性型GA（GA4）の定量を行った．しかしながら，開花後の花冠においては着色部位と白色部位の両部位とも，GA4はほとんど検出されず，花模様の形成にGAが関与しているのか明瞭な結果は得られなかった．開花後の花冠では，すでに活性型GA量が大きく減少している可能性が考えられる．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
（1）わい化剤の一種であるダミノジッド剤（SADH）処理による花冠の白色化には，CHSのPTGSが関与していることを推測し，CHSのsiRNA量の比較解析を行った．無処理のペチュニアの場合には，着色部位ではCHSのsiRNAが検出されないのに対し，白色部位ではCHSのsiRNAが検出され，CHSの発現量は着色部位で高いことを明らかにした．また，GA処理によって着色部位が増加した花ではCHSのsiRNAが検出されないのに対し，SADH処理によって白色化した花ではsiRNAが検出され，CHSの発現量はGAで処理で高いことを明らかにした．以上のことから，SADH処理は，CHSのPTGSを促進することで花冠の白色化を誘導することが示唆され，ペチュニアの複色模様の形成には内生GAが関与している可能性が見出された．
（2）ペチュニア花冠の着色部位と白色部位において，内生活性型GA（GA4）量の比較を行うことで，ペチュニア花冠の複色模様の形成に内生GAが関与しているのかを明らかにすることを試みた．しかしながら，開花後の花冠ではGA4がほとんど検出されず，明瞭な結果が得られなかった．開花後の花冠ではすでにGA4が代謝され，蓄積していない可能性が考えられる．内生GAが複色模様の形成に関与しているとすると，GA4を含む生合成経路上の複数のGAをより若い蕾で定量する必要があると考えられる．本年度は新型コロナウイルスの影響により，研究活動に制限があったため，予定していた植物サンプルの準備が十分にできず，研究にやや遅れが生じた．しかしながら，GAの定量を行うべきステージと，定量すべきGAの種類を推測することができたため，次年度にGAの定量を引き続き行い，当初計画通りに令和3年度中に実験を完了できるように進める．
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| Strategy for Future Research Activity |
「現在までの進捗状況」に記載した通り，SADH処理はCHSのPTGSを促進することで，花冠の白色化を誘導することを示す結果が得られたが，1品種で解析した結果であるため，他の複色模様品種でも同様の結果が得られるのか，令和3年度に解析予定である．
令和2年度にGAの定量を開花後花冠で行った結果，GAはほとんど検出されなかった．令和3年度には，ステージ別の蕾でサンプリングを行い，内生GAの定量を進める．また前年度に定量を試みたGA4に加え，GA4生合成経路上の他のGAについても定量を行う予定である．
現在まで，ペチュニア花冠では，GAがCHSのPTGSを抑制することで，複色模様の形成に関与していると推測して研究を進めてきたが，開花後の花冠では着色部位と白色部位でGA量に明瞭な差が認められないことから，GA以外の他の因子もCHSのPTGSに関与している可能性が考えられる．開花前の蕾におけるGAの定量結果から他の因子の存在が推測された場合には，RNA-seq解析なども用い，GA処理とSADH処理で発現に変動がある遺伝子の探索も試みる．
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症（COVID-19）の影響により，令和2年度前期は研究室の入室および活動が制限されていた．実験材料としているペチュニアは長日植物であるため，主には春から初夏にかけてのサンプリングを基本としていたが，該当期間に研究活動の制限があったため研究の進捗が遅れることとなった．また，遺伝子の発現解析はリアルタイムPCRによって行うことを予定していたが，解析に必要なプラスチック製品（PCR用プレートやサンプリングチューブ等）の一部が，新型コロナウイルス感染症の影響により，入手困難な時期があった．令和2年度に予定されていた実験の一部（ジベレリンの定量や遺伝子の解析等）は令和3年度に継続して行う．次年度使用額の一部は，ジベレリンの定量に用いるカラムや標品の購入に使用する．
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