2022 Fiscal Year Research-status Report
Characterization of seed size regulation driven by various head groups of sphingolipids aimed for genetic breeding of seed crop plants
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22K05553
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
石川 寿樹 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (20598247)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | スフィンゴ脂質 / 糖鎖型 / 種子サイズ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
グリコシルイノシトールホスホセラミド (GIPC) は植物に最も豊富に含まれるスフィンゴ脂質クラスであり、固有かつ多彩な糖鎖型が発達している。本研究では、シロイヌナズナの種子特異的に存在するN型GIPCに着目した。N型GIPCは、第二糖にアミノ糖（グルコサミンまたはN-アセチルグルコサミン）を有しており、GIPC/N-アセチルグルコサミン転移酵素GINT1によって合成される。シロイヌナズナでは、GINT1は栄養組織には発現しておらず、花粉や種子など生殖器官の限られた組織のみで発現している。近年の研究から、GINT1を欠損したシロイヌナズナ変異体では、種子サイズが野生型より大きく肥大していることが見出された。本研究では、種子の肥大成長におけるGIPCの機能を明らかにすることを目的として、種子GIPC糖鎖型を遺伝的に改変したシロイヌナズナ系統の作出および解析を行った。
はじめに、種子表現型におけるGIPC糖鎖型に特異的な機能を明らかにするため、H型糖鎖合成酵素であるGMT1の発現改変植物の作出に取り組んだ。GMT1はシロイヌナズナ植物体の全体で発現し、その欠損は自発的な細胞死を伴う重度の生育阻害と不稔をもたらすため、種子におけるH型糖鎖の機能性はこれまで解析すること難しかった。そこで本研究では、種子特異的プロモーターを用いてGMT1を過剰発現またはRNAi抑制するコンストラクトをシロイヌナズナへ導入し、H型GIPCの含量を種子のみで変化させることを試みた。
また、GINT1を欠損した変異体の種子表現型を詳しく解析したところ、種子発達の初期段階において萎縮または欠落した種子が多く観察され、最終的な種子生産数が野生型よりも減少することが明らかになった。このことから、N型GIPCは種子の形成初期に何らかの重要な役割を果たしていることが示唆された。
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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
予定していた種子特異的なGIPC糖鎖型改変植物系統の作出が順調に進み、GMT1の過剰発現およびRNAi系統のそれぞれについて、T3世代でホモ系統を十分数確立することができた。また、gint1変異体の種子表現型を詳しく解析し、種子形成の初期段階において既に相当数の種子が生育不全となり欠落していること、その結果として一個体あたりの総種子数が野生型に比べ著しく減少していることが明らかになった。このことは、N型糖鎖をもつGIPCが種子の肥大成長だけでなく受精から初期胚発生期において重要な機能を持っていることを示唆しており、またgint1種子の肥大性は種子数の減少に伴う二次的な表現型である可能性が考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
種子特異的プロモーターを用いて、種子のみでGIPC糖鎖型を人為改変する植物系統を確立できたので、これまで不可能であった種子におけるH型糖鎖の機能解析が可能となり、N型糖鎖との機能的差異が明確になるものと期待される。確立した系統のGIPC組成解析および種子表現型の解析を進める。また、N型糖鎖の新たな機能として、種子発達の最初期過程への関与が示唆された。これをさらに検証するため、プロモーターレポーター系統を用いたGINT1発現部位の時空間的解析を進める。また、レシプロカルクロス実験によるgint1種子表現型の遺伝学的解析を進める。種子は胚性および母性組織が共存する特異な遺伝子型からなる器官であり、それらが複雑に相互作用することで種子の発達や肥大成長が調節されている。gint1の欠損がそれらにどのような影響を及ぼすかを遺伝学的に明らかにする。
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| Causes of Carryover |
予定していた新規遺伝子改変系統の脂質成分分析及び遺伝子発現解析を次年度に行うこととしたため、当該費用を次年度に繰り越して使用する。
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Research Products
(10 results)
