2021 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidating the Molecular Mechanisms behind the Diverse Behavior of the Stomatal Meristemoid
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20J20446
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
ドル 有生 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Keywords | 水草 / 気孔 / evo-devo / 幹細胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
気孔は植物のガス交換を担う構造である。気孔の発生過程やその制御の仕組みは、植物の種ごとに極めて多様であることが知られている。しかし、これまで適切な実験モデル系がなかったことから、そうした気孔発生の多様性を分子レベルで解明した研究は少なかった。そこで本研究では気孔の進化発生生物学の新たなモデル系としてオオバコ科アワゴケ属の植物を用い、その属内で気孔幹細胞の分裂および分化にみられる二つの多様性の分子基盤と進化過程を解明することを目的としている。
まず、アワゴケ属にみられる気孔幹細胞分裂パターンの多様性について、研究2年目である本年度は、初年度末に論文として報告した多様性が生み出される分子基盤のモデル（Doll et al., 2021. PNAS)について、シロイヌナズナにおける遺伝子操作により実証する実験を進めた。本年度中に必要な形質転換体の準備が完了し、表現型解析についても進めることができた。
一方、気孔幹細胞の分化に関する多様性については、アワゴケ属の両生種が水中で気孔の分化を抑制できる仕組みに注目して解析を進めている。本年度はサンプルを追加してRNA-seq解析を完了した。シロイヌナズナ形質転換体を用いて行なってきたタンパク質の機能解析についても、表現型解析を進めた。また、本項目を研究する過程で、アワゴケ属各種において、葉の表と裏における気孔分布も種によって多様化していることを見出した。本年度はこの現象に注目して気孔発生の鍵転写因子の発現解析などを行なった結果を論文としてまとめ、出版することができた（Doll et al., 2021. Plant Signal. Behav.)。
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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
分裂多様性の分子基盤を探る第一の研究項目について、当初の計画通りモデルの実証に必要な形質転換体の作出が完了し、その表現型解析を進められている。今年度前半には解析が終了し、論文化に向けた準備を開始できる見込みである。また、水中での気孔発生抑制に注目した第二の研究項目においても、予定していたRNA-seq解析、形質転換解析は順調に進んでいる。RNA-seqで絞り込んだ候補因子の解析については、第一の研究項目における形質転換体の解析に予想以上の時間を要したこともあって、やや遅れているものの、今年度中には完了し成果のまとめに移れる見込みである。本年度は葉の表と裏における気孔分布についての論文も公刊することができたことを考え、研究はおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は、各研究項目について残る解析を完了させるとともに、結果のまとめを進める。
第一の分裂多様性についての研究項目では、作出した形質転換体の表現型解析を完了させる。ここまで行なってきた解析で、確立したモデルに基づく予想に合致する表現型と、予想に反する表現型の両方が得られている。特に後者については、モデルとの不整合の原因を探るため、遺伝子発現解析なども含めた詳細な解析を行なう。
第二の分化多様性についての研究項目では、これまで得られたRNA-seqデータをもとに、水没に伴う気孔抑制を担う遺伝子ネットワークについて、詳細なデータ解析から考察する。必要に応じて、解析から浮かび上がってきた重要因子の解析を、in situハイブリダイゼーションなどによって行なう。
それぞれの研究項目について、本年度中に成果を論文としてまとめ、国際誌に投稿する。
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