2014 Fiscal Year Research-status Report
倍数体化と雑種形成を伴うヒルムシロ属植物の種分化と環境応答性の多様化の比較解析
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25440209
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
小菅 桂子 神戸大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (50215266)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 気孔形成 / 塩ストレス / ヒルムシロ属 / アブシジン酸 / NCED / SPCH |
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| Outline of Annual Research Achievements |
沈水性の水草には，陸上と水中で生育する両生種と水中のみで生育する沈水種がある。前年度の研究より，ヒルムシロ属の両生種ササバモとこれに近縁な沈水種ヒロハノエビモはともに植物ホルモンアブシジン酸（ABA）により気孔を持つ陸生葉を分化する能力を持つ。しかし，塩ストレスにおいて両生種は陸生葉を誘導するが，沈水種は誘導しないことが明らかとなっている。
本年度は成葉と若葉におけるABA合成系の律速酵素遺伝子NCED1-6と気孔形成に重要な5種の転写因子のmRNA発現量を比較した。両生種ササバモではストレスにより成葉のNCED5と6が増加し，若葉の気孔関連遺伝子の発現量が増加した。淡水から汽水域に生育する沈水種ヒロハノエビモでは，このような応答は見られなかったが，成葉において気孔形成にかかわる転写因子のうちストレス応答性のICE1とSPCH遺伝子が恒常的に発現していた。シロイヌナズナでは渇水による浸透ストレスでSPCH遺伝子がメチル化されて発現量が減少し，環境の悪化に対する葉の成長の抑制に働くことが報告されている。本研究の耐塩性をもつ沈水種において，塩による浸透ストレスでSPCHが発現して正常な生育が維持されることは，植物のストレス応答と成長制御ネットワークを考えるうえで興味深い。本成果は現在，日本植物学会会誌に投稿中である。
低温や水ストレス応答に関与する遺伝子を探索するため，両種の成葉を用いてde novo RNA sequencingを行った。その結果，ササバモでは77,921,420断片の配列が得られ，タンパク質に翻訳される可能性のある152,759配列，ヒロハノエビモでは62,843,045断片，139,692配列が得られた。NCEDなどの配列情報は先の投稿論文の解析に使用した。
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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
本年度は低温ストレスを行ったササバモとヒロハノエビモの成葉から抽出したRNAを用いたde novo RNA sequencingを実施した。その結果，NCEDやABAに拮抗的に働き嫌気ストレスで誘導されるエチレンやジベレリンなどの植物ホルモン遺伝子の配列，ストレス応答や馴化に重要なABA依存系の転写因子，AREB/ABFやABA非依存系の転写因子CBF/DREB，ストレス耐性に重要な不飽和脂肪酸合成に関わるデサチュラーゼ遺伝子群など多数の遺伝子の配列情報が得られた。これにより，本研究の第一目標であるササバモとヒロハノエビモの2 種における低温ストレス耐性を遺伝子レベルで検証できる状態になった。また，水輸送の解析については，これまで配列解析を行ってきた細胞質局在性のアクアポリンPIPに加えて，液胞膜などで働く分子種TIP，SIP，NIPの情報もde novo RNA sequencingにより得られた。これらの発現状態を陸生葉と沈水葉で比較することにより，水中環境への適応過程を明らかにすることが可能となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
1. 低温ストレスと気孔形成
ササバモとヒロハノエビモを用いて低温ストレス応答，特に低温馴化に伴う6種のNCEDなどの植物ホルモン関連遺伝子，SPCH, 膜脂質の組成変化をもたらすデサチュラーゼ遺伝子群の発現解析を行う。ササバモでは若葉と成葉における遺伝子発現を比較し，低温ストレスに応答した気孔誘導のON/OFFと低温馴化の過程を解析する。
2. 水ストレスと葉の形態
水生植物における水輸送蛋白質アクアポリンの情報は，これまで報告がなされていないことより，de novo RNA sequencingによって明らかとなった分子種の系統解析を行う。また， 2倍体種の解析により，4種類のPIPアクアポリンは基本的に沈水条件で二酸化炭素を輸送する可能性が示されている。イネなど陸上で生育するものが冠水によってエチレンを介した嫌気ストレス応答や成長阻害が起こることがすでに報告されている。ササバモでは陸上型を冠水させると光合成や成長の阻害はなく，沈水型に移行して生育できる。この移行過程におけるアクアポリンやエチレン応答系の発現解析と葉の気孔やクチクラ化などの形態変化を解析し，植物における冠水ストレス応答の新たな側面を示す。
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| Causes of Carryover |
今年度に必要な物品をすべて購入後に小額の経費が残ったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度の経費にあわせて使用する。
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