2021 Fiscal Year Research-status Report
栄養素を介した根と地上部の間の概日時計のフィードバックループの存在と意義
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20K21428
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
遠藤 求 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (80551499)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| Keywords | 概日時計 / シロイヌナズナ / 長距離シグナル伝達 / カリウム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまで植物の概日時計は細胞自律的に機能していると長らく考えられてきたが、植物もまた動物と同様、異なる器官間で時間情報をやりとりすることで、情報の統合を行っているらしいことが明らかにされつつある。しかし、これまでに報告されている器官間での時間情報伝達はほとんどが地上部から根への情報伝達であり、根から地上部への時間情報伝達の証拠は得られていない。
そこで私たちは植物が根から吸収する栄養素に着目し、これが概日リズムにどのような影響を与えているかを解析した。その結果、時計遺伝子PRR7がAHA1を介して根からの周期的な陽イオン吸収を担っていることが示された。さらに、吸収されたカリウムなどの陽イオンは道管駅を通じて地上部へと輸送され、地上部で概日リズムを安定化していることが示された。一方で、時計変異体やaha1変異体などでは栄養吸収リズムが異常になり地上部の概日リズムが不安定化することも明らかにされた。さらに接ぎ木実験によっても根の影響が地上部に伝わっていることが示され、根から地上部へのカリウム等の陽イオンを介した時間情報伝達の存在を初めて明らかにした。
こうした根から地上部への時間情報伝達の意義を明らかにするため、シミュレーションによって地上部から根だけのシグナルの場合、根から地上部だけのシグナルの場合、両方向のシグナルがある場合、ない場合のそれぞれについて概日リズムの安定性を調べたところ、両方向のシグナルが存在した場合には顕著に概日リズムが安定化されることを見出した。これにより、植物は地上部から根と根から地上部の両方向のシグナル伝達を通じて、変動する環境においても安定的な概日リズムを維持していることが示された。
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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
研究自体は概ね順調に進んでおり、根から地上部への時間情報伝達の存在を明らかにするとともに、リンによる制御も明らかにしつつあり、栄養素がさまざまな制御を通じて概日リズムに影響を及ぼしていることが明らかになっている。
その一方で、投稿論文の採択は遅れており、現在再投稿の準備中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
再投稿の準備をなるべく早く終わらせる必要があり、いくつかの追加実験を行っている。具体的には道管液中のイオン濃度を計測が求められており、必要となる試薬等が準備できしだい実験に取り掛かる予定である。
さらに、カリウムなどの陽イオン以外にもリン酸などの陰イオンも概日リズムに影響を与えることを確認しているため、これらについても同様の実験を併せて実施し、結果を強固なものとする。
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| Causes of Carryover |
コロナウイルスの影響により、必要となる試薬等が納入されなかったため。これにより道管液中のイオン濃度の計測が年度内に実施することが困難となり、次年度に計画を延期した。
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