2020 Fiscal Year Research-status Report

Elucidation of response to nutrient deficiency via strigolactone signaling in rice leaves

Research Project

Project/Area Number	20K05776
Research Institution	Toyo University
Principal Investigator	梅原三貴久東洋大学, 生命科学部, 教授 (30469895)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	ストリゴラクトン / イネ / 窒素代謝 / カリキン / リン酸欠乏 / 硫黄欠乏応答 / 根分け法
Outline of Annual Research Achievements	イネは窒素、リン酸、硫黄が不足すると、ストリゴラクトン（SL）の内生量を増加させ、古い葉の老化を促進し、分げつの伸長を抑制する。SLシグナルは、土壌中の栄養が不足した時に、葉を老化させ、古い葉の栄養を新しい葉や種子に転流させるために重要と考えられる。過去の研究でキャピラリー電気泳動質量分析計を用いて約600種類の一次代謝産物の一斉解析を行ったところ、SL関連遺伝子欠損変異体では野生型に比べて転流アミノ酸のグルタミン及びアスパラギンの量が減少していた。グルタミンやアスパラギンの生合成と代謝には、窒素代謝の関連遺伝子であるグルタミン合成酵素、グルタミン酸合成酵素、アスパラギン合成酵素、アスパラギン分解酵素等が関与する。本研究では、イネの窒素代謝におけるSLの影響を調べるために、窒素代謝関連遺伝子の発現解析を行った。栄養十分条件で栽培した場合、d3変異体のGS1;1、GS2、NADH-GOGAT1、Fd-GOGAT、ASN1、ASN2、Asnaseの発現量が、野生型や他の変異体よりも高かった。リン酸欠乏で栽培した場合は、窒素代謝関連遺伝子の発現量に野生型とSL関連変異体の間で差は認められなかった。リン酸欠乏条件下で栽培後にリン酸を施肥すると、GS1;1の発現量には大きな差は認められなかったが、d3とd27のNADH-GOGAT2の発現量は増加した。D3はF-Boxタンパク質をコードしており、SLの情報伝達の他にカリキンの情報伝達も行う。カリキンは植物が燃焼することで生じた煙に含まれる植物成長調節物質であり、種子の発芽を刺激することが知られている。d3変異体でのみ窒素代謝関連遺伝子の発現が増加したことから、窒素代謝関連遺伝子の発現には、SLではなくカリキンが影響すると考えられる。さらに、イネの根分け法を用いた硫黄欠乏応答に関して、１報論文を発表することができた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 新型コロナウイルスの感染が拡大し、大学の実験室への出入りや新規実験の実施が３ヶ月以上制限された。そのため、研究計画の実施に遅れが生じた。計画はやや遅延したものの、研究協力者のサポートによって年度後半は研究をある程度進めることができた。
Strategy for Future Research Activity	SLの内生量は、窒素、リン酸、硫黄などの栄養欠乏に応答して増加する。そこで、ラミナジョイント（LJ）の屈曲角度におけるSLの影響を明らかにするために、窒素、リン酸、カリウム、硫黄、マグネシウム、カルシウム、鉄欠乏条件下で栽培した時のLJの角度をイメージJで測定したところ、やはり窒素、リン酸、硫黄欠乏条件下でLJの角度が小さかった。このことから、窒素、リン酸、硫黄欠乏条件下で内生SLが増加し、LJの角度をコントロールしている可能性がある。そこで、窒素、リン酸、硫黄が欠乏した時、LJでどのSL関連遺伝子の発現が変動しているのかをリアルタイムPCRで発現解析を行い、LC-MS/MSで内生SL量を定量し、それらの結果を野生型とSL変異体とで比較したいと考えている。今年度、LJの研究があまり進められなかったので、次年度注力したいと考えている。