2020 Fiscal Year Annual Research Report
植物の熱産生を誘発する環境シグナル受容・伝達機構と適応進化プロセスの解明
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20H02917
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | University of Miyazaki |
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Principal Investigator |
稲葉 靖子 宮崎大学, 農学部, 准教授 (80400191)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 光彦 東北大学, 農学研究科, 学術研究員 (30783013)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 発熱植物 / ミトコンドリア / 環境シグナル / シアン耐性呼吸酵素 / 適応進化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
一部の原始的な種子植物には、「光や温度などの環境シグナルを受容して生体内で発熱を誘導する機構」が内在している。発熱植物の大部分はソテツ（裸子植物）とサトイモ科植物（被子植物）が占め、これらの植物はシアン耐性呼吸酵素AOXと呼吸鎖を連携させて発熱を誘導する。しかしながら、AOXはミトコンドリア内膜の内側に埋め込まれた膜タンパク質であり、環境シグナルと熱産生をつなぐ機構は依然として不明である。そこで本研究では、発熱植物の優占種と発熱形質の異なる近縁種を用いて、分子機構と進化プロセスの両面から植物の発熱を誘導する機構の全容解明を目指す。
1年目の今年度は、コロナ禍のため、繰越申請を行った。そのため、本研究実績の概要は、1年目および繰越申請期間内に行った2つの実績について記載する。
1つ目の実績は、サトイモ科発熱植物ザゼンソウ（Symplocarpus renifolius）の葉および別のサトイモ科発熱植物クワズイモ（Alocasia odora）の花序（メス部位）由来プロトプラストの調製法と高効率トランスフェクション法の確立に成功したことである（Maekawa et al., Plant Cell Rep., 2022）。
2つ目の実績は、2020年度第2回先進ゲノム支援に採択され、ザゼンソウ（S. renifolius）の近縁属/種のゲノム解析研究を開始した点である。これまでに、ゲノム解析を行う複数種のゲノムを調製して、シーケンス解析およびアセンブルを実施した。
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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
1年目の今年度は、コロナ禍のため、研究の進捗に遅れが出たが、繰越申請期間での研究により遅れを取り戻することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
発熱植物は、短期・長期的な2つの機構を働かせることで細胞呼吸を活発化させ、発熱を誘導する。短期的機構は、環境の変化を認識してAOXを介して呼吸量の増加を促す速い機構であり、環境シグナルの受容・伝達、ミトコンドリア呼吸鎖が重要な役割を担う。長期的機構は、花へと分化する始原細胞がその成長過程で発熱ポテンシャルの高い細胞を作り上げるための機構であり、AOXの高発現、ミトコンドリアの量的効果、オルガネラ密度の上昇などは、この長期的機構による。
これまでの研究進捗を踏まえ、今後の研究推進方策としては、以下の3点に力点を置いて進め、分子機構と進化プロセスの両面から植物の発熱を誘導する機構の全容解明を目指す。
1つ目：環境シグナルの受容から発熱応答に至るネットワーク解析のための試料採取を、植物の成長・開花ステージを慎重に考慮して、複数の植物から行い、大規模トランスクリプトーム解析を実施する。
2つ目：サトイモ科およびソテツ科発熱植物の発熱する花に付着する昆虫を捕獲、或いは、植物の生殖部位から送粉者の痕跡をCOI領域のバーコーディング解析等により行い、送粉者同定を目指す。
3つ目：植物の短期・長期的機構の解析から明らかとなった知見を、評判と信頼性の高い国際誌に発表して、特にインパクトの高い研究については、プレスリリースを行う。
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