2021 Fiscal Year Research-status Report
ウキクサ植物によるデンプン生産性向上のための有用株選抜と休眠制御技術の開発
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20K06342
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
伊藤 照悟 京都大学, 理学研究科, 助教 (60632586)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 光周性 / 環境応答 / 概日時計 / 休眠 / ウキクサ / バイオマス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
食料生産と競合しないバイオマス植物の増産は、完全循環型社会の形成の実現に必要不可欠な課題である。ウキクサ植物は通常生育時には高タンパク質含有（乾燥重量の約40%）で家畜・魚の飼料として利用されている。一方で、生育環境が一時的に悪化すると環境応答の結果、休眠状態へ移行する種(Spirodela polyrhiza、L. turioniferaなど)が存在し、デンプンを体内に蓄積（乾燥重量の約30%）させ水底へ沈む。これまで種々のウキクサ植物を用いて概日時計・光周性花成の分子機構の解析を進めてきた。その中で比較的高緯度地方の世界中に分布するキタグニコウキクサのL.t.6619株において休眠を短日処理のみによって誘導できデンプン蓄積を誘導することができることを発見してきた。
本年度は、昨年度から引き続いて、RNAseq解析により、休眠誘導に関わると思われる初期誘導遺伝子の選抜を続けた。中でも、誘導が顕著な候補遺伝子については、キタグニコウキクサにおいて、化合物（Estradiol）による発現誘導系を用いて一過的に過剰発現させる形質転換ウキクサ植物体を複数ライン作出することに成功した。それらの株で一過的に遺伝子発現誘導してみると休眠非誘導の長日条件下にも関わらず、休眠様の表現型が観察された。昨年度開発したキタグニコウキクサの液体窒素下での超低温保存技術によって作出した株は半永久的に保存可能であり、休眠誘導の分子メカニズム解析に非常に有効な研究材料となる。今後、世界各地から取り寄せられたキタグニコウキクサの17株の中で光周期に依存した休眠誘導の有無について比較解析することで、候補遺伝子の分子機能解析をすすめる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
昨年度から引き続いて、光周期に依存した休眠誘導、並びに各種ストレス時の休眠誘導時の網羅的遺伝子発現解析を進め、休眠芽の発達を制御する初期遺伝子の候補を抽出し、キタグニコウキクサにおいて、化合物（Estradiol）による発現誘導系を用いて一過的に過剰発現させる、安定形質転換植物体を複数ライン取得できた。発現誘導後に候補遺伝子の誘導と連動して休眠様の表現型が観察された。今後、候補遺伝子と休眠誘導の因果関係の解析を進めていく予定である。キタグニコウキクサ6619株の全ゲノムシーケンス解析と他2種のゲノム再シーケンシング解析が進められ、現在遺伝子のアノテーション作業中である。また、休眠誘導前後の内在性の各種植物ホルモンの蓄積変動も理研との共同研究で進めていく予定で、今後も計画以上に進むと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度得られた休眠制御の候補因子の誘導性過剰発現植物体の解析を軸に、休眠芽の発達過程を制御していると考えられる複数の転写因子群のシグナル伝達様式を明らかにしていく。遺伝子発現変動に加え、内在性植物ホルモン変動定量的に解析することで、休眠誘導の分子メカニズムの理解を深める。次年度は、明確な休眠誘導を起こさないコウキクサを比較対象に加えることで、休眠誘導によるデンプン合成までの過程を介入実験を通して分子レベルで解析する予定である。先進ゲノム支援によりゲノム情報が得られ、休眠応答性の異なるキタグニコウキクサ3株の多型解析の結果が次年度半ばには得られる予定である。これらの情報をもとに日長依存的な休眠誘導と、デンプン合成のスイッチを突き止めることで、休眠芽誘導によるデンプン系バイオマス生産性向上を達成できると考える。。
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| Causes of Carryover |
ゲノム解析等を外注によって行う予定であったが、共同研究によって比較的安価に消耗品のみで遂行することができた。また参加予定だった学会参加のための旅費がオンライン開催になるなどして、支出を抑えることができた。次年度に繰越したことで、キタグニコウキクサの過剰発現形質転換体を用いた網羅的な遺伝子発現解析に十分な経費をかけることができる。また、植物ホルモンの定量解析に経費を当てる予定である。
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