2021 Fiscal Year Research-status Report
高温・乾燥地域での生育を可能にする植物の新規な蒸散制御システムの解明
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19K22438
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| Research Institution | National Institute for Basic Biology |
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Principal Investigator |
金井 雅武 基礎生物学研究所, オルガネラ制御研究室, 特任助教 (30611488)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2023-03-31
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| Keywords | ヒマ / 乾燥耐性 / 高温耐性 / 蒸散 / プロトプラスト |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ヒマは蒸散を迅速かつ厳密にコントロールすることで高温・乾燥地域においても高い生産性を示すと考えられる。ヒマ葉の気孔直下の海綿状組織には、他の植物には見られない特殊な細胞（バルブ細胞）が観察されており、このバルブ細胞の機能解析を進める。
これまでに確立したヒマ葉の細胞分画法を用いてバルブ細胞濃縮画分の大量調整を検討した。基礎生物学研究所内の人工気象器で4週間栽培したヒマの新葉から調整したところ、高い純度でバルブ細胞と考えられるサイズの大きい柔組織細胞が調整できた。この画分から全RNAおよび総タンパク質を抽出し、濃度を測定したところ今後の解析に必要な量に達しなかった。サンプル量を増やすために、新葉以外の葉からの分画を検討したところ、純度が低かった。これより、高い純度のサイズの大きい柔組織細胞画分を調整するためには4週間栽培したヒマの新葉が適していることが明らかとなった。十分量のヒマ新葉を用意する目的で、所内の複数の人工気象器、ガラス温室、圃場を利用して栽培し、それぞれから収穫した新葉を用いて画分を調整した。栽培場所によって生育が異なったものの、いずれも調整可能であったため、以降は気候に応じて最適な場所を選択可能であることを明らかとした。これより、精度の高いオミクスデータを取得するためのバルブ細胞画分の大量調整方法と条件を確立した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究の目的は、C3植物でありながら極めて優れた高温・乾燥耐性を有するヒマの葉において見いだされたバルブ細胞の機能解析である。未知の細胞であるバルブ細胞の機能解析には、遺伝子発現およびタンパク質発現プロファイルを取得することが不可欠であり、多様な細胞集団である葉から、バルブ細胞を濃縮する必要がある。令和三年度は昨年度のデータを活用し、バルブ細胞が濃縮されていると思われる25-50μm画分の大量調整を検討した。純度を考慮すると、ヒマの新葉を使用することが不可欠であるものの、所内の人工気象器では必要量を調整することは難しいことが明らかとなった。大量調整に向けて、人工気象器に加えてガラス温室や圃場の使用を検討した。栽培場所ごとに生育の違いは生じたものの、いずれも純度の高い画分の調整が可能であった。これより、バルブ細胞画分の大量調整の道筋をつけた。一方で、2020年2月から行われている新型コロナウイルス感染防止対策としての活動制限により、遺伝子発現およびタンパク質発現プロファイルの取得に向けた栽培について遅延が生じている。これにより、本研究は当初の計画よりも若干の遅延が生じているため、「（3）やや遅れている」と評価する。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、バルブ細胞の機能解析に向けた遺伝子発現、タンパク質発現プロファイル取得に向けた大量調製とその解析を計画している。これまでに確立した方法を用いて、トランスクリプトーム解析およびプロテオーム解析を行うために必要なサンプルの大量調整を行う。大量の植物サンプルから高純度の画分を調整し、精度の高いオミクスデータを取得する。加えて、他の植物や組織との比較解析を行い、ヒマの高温・乾燥耐性機構の一端を担うと考えられるバルブ細胞の機能を明らかにするための基盤データを取得したい。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染防止対策による活動制限により、遺伝子発現およびタンパク質発現プロファイルの取得に向けた栽培およびサンプル調製に遅延が生じている。そのため、令和三年度に予定していたサンプルの大量調整およびオミクス解析の実施まで至らなかったため次年度使用額が生じた。遅延している実験については、栽培およびサンプル調製を効率化し、令和四年度に実施する。そのため全体の使用額に変更は生じない。
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