2022 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidating the functional changes of xylem parenchyma cells of Japanese cedar trees using a novel standard for determining the radial position of the trunk.
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21H02262
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Forest Research and Management Organization |
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Principal Investigator |
黒田 克史 国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (90399379)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
上野 真義 国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (40414479)
半 智史 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (40627709)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 木部柔細胞 / スギ / 辺材 / 心材 / 移行材 / 網羅的遺伝子解析 / RNA / RNA-seq |
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| Outline of Annual Research Achievements |
辺材と心材を科学的に定義づけるものは木部の生きた細胞、すなわち木部柔細胞の存在である。成長がよい樹木は辺材の幅（生きた柔細胞が存在する範囲）が広くなる。一方で、心材（すべての柔細胞が死んでいる）の割合が小さくなるため耐久性の面では不利となる。そのため、木部柔細胞による成長と耐久性のバランスの制御は樹木の長寿命の戦略として極めて重要である。重要な細胞であるにも関わらず立木の木部柔細胞の挙動や機能は未解明である。その大きな理由は、樹木内部の様子を解析する実験が難しいことに加え、幹の放射方向の位置を表す統一された定義がないことである。そこで本研究では、幹放射方向の位置を決める新しい基準として遺伝子発現が変化する点を用いたステージで区分することを提案し、この基準に従い、立木内の木部柔細胞の分裂から細胞死までの一生を通しての機能変化（生活史）を解明することを目的とする。
2年目の本年度は、RNA抽出方法やライブラリー構築方法の改良を行った結果、1年目より少量の試料で網羅的遺伝子解析（RNA-seq）が可能になった。この新しい方法により2021年5月18日に千代田苗畑で採取したスギについて、形成層付近１か所、辺材5か所（一部移行材との境界を含む）、移行材３か所（一部心材との境界含む）、心材２箇所に区分した試料からRNAを抽出しRNA-seq解析を行った。RNA-Seqのデータから部位別の発現パターンの類似性を比較した結果、心材内側、形成層と辺材、移行材と心材外側の3つに大きく分類できること、さらに辺材内あるいは移行材内でも放射方向位置が近いと発現パターンの類似性が高いことを明らかにし、木部放射方向位置をクラスター分類することで木部放射位置を区別できることを明らかにした。
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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
スギ幹の2%程度しかない木部柔細胞の遺伝子発現パターンの変化を幹放射方向にできるだけ細かく分割した微小な試料から解析するためには、微量なスギ木部材料から効率的にRNAを抽出することが重要である。本年度は昨年度に提案したRNA抽出方法等を改良し、より微量な試料からRNA-seqを行う手法を確立した。この方法でRNA-seq解析を行った結果、遺伝子発現パターンを分類することにより木部放射方向位置を特定することに成功した。今後、得られたデータを基にさらに放射方向部位を細分化させた解析を行うことにより本研究の目的を達成できると考えられるため、本課題は順調に進展しているものと判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
1年目と2年目に行った木部試料網羅的発現解析（RNA-seq）のデータを用い、遺伝子発現パターンのクラスター分類方法を改良し、木部放射位置を表す遺伝子発現パターンの変化を明らかにする。また、遺伝子発現解析を行ったすぐ近くの木部試料を用いて顕微鏡による組織学的解析を行い、木部放射方向位置を表す木部組織の特徴を明らかにする。遺伝子解析で得られる遺伝子発現パターンの変化と組織学的解析の結果を組み合わせて、木部放射位置を決める基準を検討する。
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