2021 Fiscal Year Research-status Report
Stress memoryを活用した，耐乾性を向上させる栽培および育種技術の開発
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20K05999
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
辻 渉 鳥取大学, 農学部, 准教授 (60423258)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | Stress memory / Drought hardening / Transgenerational memory / 乾燥ストレス / 食用作物 / 適正栽培技術 / ストレス耐性種子 / エピジェネティクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物が有するエピジェネティックなStress memoryを，乾燥ストレス環境での作物生産に応用することを目的に，Drought hardening（DH，育成中の幼苗にあらかじめ乾燥ストレスを与えることで定植後の耐乾性を強化する栽培手法）およびTransgenerational drought memory（TDM，親世代に乾燥ストレスを与えることで次世代の種子に耐乾性を付与する種子生産手法）に関する研究を実施している．2年目となる本年度はトウモロコシを供試材料に，DHおよびTDMの実証とその作用機構の解明に取り組んだ．
DHでは，小型ポットで栽培した幼苗に対して強度が異なる乾燥ストレス処理（DH処理）を施した．別ポットに定植して十分潅水した後は水を一切与えず，徐々に乾燥ストレスを加えた結果，強いDH処理を与えた個体は対照個体よりも有意に高い相対成長速度（RGR）を示した．このDH処理による耐乾性向上は，気孔が閉じて吸水が抑えられたために土壌水分が多く残存し，これによって気孔コンダクタンス（gs）と光化学系Ⅱの電子伝達活性が高く保たれて光合成速度（Pn）が向上したことに起因していた．しかし，同じ土壌水分条件で比べてもDH個体はgsやPnが高かったため，これに関わる代謝物質を網羅的に解析したところ， GABA（γ-アミノ酪酸）や3,4-ジヒドロキシ安息香酸などが増加することが明らかになった．
一方TDMでは，花粉親と交配させた種子親に対して様々な強度の乾燥ストレスを与えた．親世代でのストレスが強いほど子世代の種子サイズは小さくなったが，その種子から得た幼苗に再度乾燥ストレスを加えた結果，中程度のTDM処理を受けた子世代の個体は対照個体よりも有意に高いRGRを示した．その作用機構はDHと類似していたが，TDMではベタインやニコチン酸などが有意に増加することが明らかになった．
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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
Drought hardening （DH）については，１年目において，木本性植物での既報と同様に草本性のイネとトマトでもDH処理によって耐乾性が向上することを明らかにした．2年目では，トウモロコシでも同様の耐乾性向上効果を実証するとともに，DHの作用機構について明らかにし，関連する物質も同定することが出来たことから，DHに関する研究は計画通り進捗していると考えられる．今後は，RNA-seqによる網羅的な発現解析を進めるとともに，他の作物種でもDHによる耐乾性向上効果に関する検証を行う．
一方，Transgenerational drought memory（TDM）は，他のストレスを含めても植物では既報がほとんどなく，かなり挑戦的な課題であったが，2年目にトウモロコシで仮説通りの結果を得ることが出来たことから，おおむね順調に研究が進んでいると考えられる．今後は，トウモロコシにおける再現性を確認するとともに，自殖性のソルガムでは子世代だけでなく孫世代でもTDMによる耐乾性向上効果について検証を行う．
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| Strategy for Future Research Activity |
Drought hardening (DH)については，これまでにイネ科のイネおよびトウモロコシ，ナス科のトマトにおいてDHによる耐乾性向上効果を明らかにした．今後は，他のナス科作物であるトウガラシや栄養繁殖性の作物であるサツマイモにおいても同様の効果があるかを検証し，DHが草本性作物において一般化できるかを明らかにする．これまでと同様に光合成速度・気孔コンダクタンス・吸水速度等の生理的パラメータについて測定するとともに，LC/MS/MSを用いてDH処理によって特異的に生じるアミノ酸，糖，植物ホルモン等の有機酸を網羅的に解析する．さらに，RNA-seqを用いてDH処理によって特異的に発現する遺伝子を網羅的に解析し，DHに関連する遺伝子を同定する．
一方Transgenerational drought memory（TDM）に関しては，2年目にソルガムの子世代に乾燥ストレスを与えた孫世代が採種できたため，親世代や子世代のStress memoryが後代に遺伝するかについて検証する．トウモロコシについては，2年目の結果の再現性を確認するとともに，異なる品種の種子親・花粉親から種子を得ることで，トウモロコシにおいてTDMが一般化できるか検証する.
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| Causes of Carryover |
当該年度の予算は，トウモロコシの代謝物質を網羅的に解析するためのLC/MS/MS解析費用として支出した．旅費も計上していたが，新型コロナウイルスの影響により，学会発表がオンラインに変更になり，海外出張にも行けなかったため，旅費の執行が全くなかった．そのために残額が生じたが，これは次年度に繰り越して有効活用することが妥当と判断した．
（使用計画）
繰り越した残額は令和4年度の学会参加旅費およびRNA-seq解析用の依頼分析費として計上し，その執行に充てる予定である．
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