スズムシソウ類（ラン科）における発芽時の菌根共生系の遺伝的制御の解明

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K06364
• Research Institution: National Museum of Nature and Science, Tokyo
• Principal Investigator: 堤 千絵 独立行政法人国立科学博物館, 植物研究部, 研究主幹 (30455422)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小木曽 映里 独立行政法人国立科学博物館, 分子生物多様性研究資料センター, 特定非常勤研究員 (00646929) ; 片山 なつ 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (20723638)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 菌根共生 / ラン科植物 / 初期発生

Outline of Annual Research Achievements

ラン科スズムシソウ類は、適切な菌とでは正常に発生するが、非適合な菌とでは発芽しない、あるいは途中で停止する。そこで菌根共生の成立過程で働く遺伝子群と、発生が停止する段階で働く遺伝子群を、植物と菌それぞれで調査し、種子発芽時の菌根共生系がどのような遺伝的制御によって成立しているのかを明らかにすることを目的としている。
スズムシソウを用いて菌との共生培養を行うと、クモキリソウ由来の菌とでは胚に菌糸が侵入せず（パターン１）、シマクモキリソウ由来の菌とでは菌糸が侵入するものの胚は分裂活性をもたず発芽しないままとなり（パターン２）、スズムシソウ由来の菌とでは大部分が正常に共生関係が成立する（パターン３）。そこで上記３パターンにおいてRNA-Seq解析を行い、発現量に差のある遺伝子を洗い出した結果、植物側では、パターン１とその他の間では植物と菌の共生成立過程で働く共通の遺伝子（CSG：Common symbiotic genes）のうち、CYCLOPSなど一部の遺伝子で発現量に差がみられた。パターン２とパターン３では菌糸を細胞膜で取り囲む段階で作用する遺伝子で発現量に差がみられた。菌側でも解析を行った結果、トレハロースに関連する遺伝子などで発現量に差がみられた。合わせてリファレンスとなるスズムシソウの無菌培養個体を用いたRNA-Seq解析を行った。
ジガバチソウをクモイジガバチソウ由来の菌を共生培養すると、ある程度生育したのちに植物の発生は停止し、菌が植物周辺を取り囲み攻撃的にふるまう様子が見られる。そこでこれらの系でもどのような遺伝子が働くのかを調べるため同様にRNA-Seq解析を行った。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

RNA抽出がうまくいかないサンプルがあり、抽出・精製を何度もやり直すなどかなりの時間を要し、一部の解析が遅れたため。

Strategy for Future Research Activity

さまざまなステージでのRNA-Seq解析は終えたので、今後はリファレンスデータを作成し、正確な遺伝子数や配列パターンに基づいた発現量解析を実施する。ジガバチソウ、クモイジガバチソウについても同様に解析を行う。さらに菌側の発現量差解析、共生阻害で作用する遺伝子の解析を行う。
菌の全ゲノム解析では、まだ解析できていないスズムシソウ由来の菌、シマクモキリソウ由来の菌について、すでに解析したクモキリソウ由来の菌をもとにアセンブリや遺伝子構造の予測を行い、それぞれのゲノムの差異を明らかにする。

Causes of Carryover

RNA抽出がうまくいかないサンプルがあり、抽出・精製を何度もやり直すなどかなりの時間を要し、一部の解析が遅れたため。 その後プロトコルやチューブを改善することで解析が可能となり、予定していた解析を本年度に実施する見込み。