2021 Fiscal Year Research-status Report

ハスの「節」における環境情報統合とシグナル物質生産・分配機構の解明

Research Project

Project/Area Number	20K21306
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	樋口洋平東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (00746844)
Project Period (FY)	2020-07-30 – 2023-03-31
Keywords	ハス / 花成 / 栄養貯蔵器官 / 節 / FT
Outline of Annual Research Achievements	ハス (Nelumbo nucifera)は多年生の水生植物であり、開花期には地上部に花を咲かせる一方で、秋冬期には地下部に栄養貯蔵器官として肥大根茎を形成する。ハスの開花応答は品種・系統によりさまざまな一方で、根茎肥大については明確な光周期応答性を示す。これまでに、ハスのFT/TFL1ファミリー遺伝子を網羅的に探索し、花成ホルモン（フロリゲン）および根茎肥大ホルモン（チューベリゲン）候補遺伝子の時・空間的発現パターンを解析する過程で、これらの遺伝子は地上部の葉よりもむしろ地下茎の“節”（せつ）部において開花や根茎肥大条件に応答してダイナミックな発現変動を示していた。本研究では、ハスの開花や地下貯蔵器官の形成機構を明らかにするため、ハス地下茎の節部の内部構造、ならびにそこでの網羅的遺伝子発現プロファイルを明らかにすることにより、環境情報統合およびシグナル物質生産・分配の中枢器官としての節の役割を明らかにすることを目的としている。これまでに、自然環境下で栽培したハスの開花期と根茎肥大期、電照処理区の地下部（節および節間）、ならびにin vitro無菌培養ハスを用い、高濃度スクロース処理と植物ホルモン処理による根茎肥大条件の検討、同条件の節部におけるRNA-seq解析を実施し、花成および根茎肥大制御に関与する遺伝子の候補を複数抽出した。2021年度は自然環境下で栽培したハスの節部、節間におけるトランスクリプトームを実施し、複数年度における発現データの再現性を確認した。加えて、節の内部構造を新たな手法を導入して詳細に観察し、維管束組織の構造を明らかにした。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 2021年度は前年度に引き続き、野外圃場で栽培した連続開花性のハス（品種‘毎葉蓮’MAYR）と難開花性のハス（品種‘桜蓮’OURS）を用い、2021年8月5日に節および節間を3個体ずつサンプリングした。加えて、2021年9月28日にMAYRの自然環境下栽培個体（ND:根茎肥大あり）と夜間電照栽培個体（NB:根茎肥大なし）の節および節間を３個体ずつサンプリングし、8月のサンプルと併せてRNAを抽出し、RNA-seqにより網羅的遺伝子発現を解析した。その結果、前年度と同様に花成促進に機能すると考えられるNnFT2はND条件と比較してNB条件下で発現が高く、OURSと比較してMAYRで発現が上昇していた。一方で、根茎肥大促進に機能すると考えられるNnFT3と花成抑制に機能すると考えられるNnBFT1はNB条件で発現が低下していた。また、以前から発現変動が確認されていたNnMFTについて、９月のND条件下の節部で極めて高い発現が確認され、前年度までと同様の傾向が確認された。これらの結果から、複数年度の自然環境下におけるFT/TFL1遺伝子の発現変動パターンに確かな再現性が確認された。また、節の内部構造を詳細に観察するため、実生由来の植物体個体を用いて節部を透明化処理し、内部の維管束構造を蛍光観察により立体的に観察した。現在までの結果を学術論文として執筆し、投稿準備段階まで進んでいる。
Strategy for Future Research Activity	課題１　組織学的観察による節の内部構造解析前年度に引き続き、サンプリングした野外栽培個体の節部について連続切片を作製し、トルイジンブルー染色等により維管束構造を詳細に観察するとともに、透明化サンプルの内部構造観察を引き続き進める。また、in situ hybridizationによりNnFT2, NnFT3, NnBFT1の発現領域を解析し、節網維管束様構造内での発現組織を特定する。課題２　ハスの「節」における網羅的遺伝子発現解析今年度も引き続き、野外栽培個体の節部を用いてRNA-seq解析を実施する。これまでに複数年度にわたって実施した野外栽培個体のRNA-seqの結果をクラスター解析、GO解析等により詳細に解析し、FT/TFL1/MFTファミリー遺伝子以外の花成・貯蔵器官肥大に関わる遺伝子群の発現動態を明らかにする。課題３「節」と「葉」における日周変動・概日リズムの違い In vitro無菌培養ハスを継代培養・分根により増殖させ、解析に用いる十分な数の培養物を得た後、光周期条件下において葉と節を経時的にサンプリングし、代表的な概日リズムマーカー遺伝子の発現をQ-PCRにより解析する。葉と節においてリズム性に明確な違いが観察された場合にはRNA-seqにより網羅的発現解析を実施する。