イネの胚発生に関わるSEGMENTED EMBRYO遺伝子の解析

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26850005
• Research Institution: Kibi International University
• Principal Investigator: 吉川 貴徳 吉備国際大学, 地域創成農学部, 講師 (00721606)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: イネ / 胚発生 / 多胚 / 変異体 / 形態形成

Outline of Annual Research Achievements

イネ品種台中65号より同定されたsegmented embryo (sem)はひとつの種子に複数の胚が形成される胚発生変異体である。通常イネでは受粉後4日目から器官形成が開始するのに対し、semでは同時期に器官形成が始まらず、胚の外周より不定胚が発生・成長することで複数の胚を形成することから、SEM遺伝子は胚の発生パターンを決定する重要な因子であると考えられる。本研究では胚発生におけるSEMの機能を解明することを目的に、平成26年度は以下の2実験を行った。
（1）sem変異体の胚発生過程の調査
semでは受粉後4日目から明確な形態異常が認められることから、受粉後3日目における複数の遺伝子の発現パターンをin situ hybridizationにより調査した。その結果、受粉後3日目の野生型未熟胚では局所的な発現を示す遺伝子（OSH1、GE、Ramy1A）が同時期のsem未熟胚では発現が認められなかった。また、細胞分裂活性を可視化するため、細胞周期のS期（histone H4）およびM期（OsCSLD4）特異的に発現する遺伝子の発現パターンを調査したところ、野生型では胚全体に発現が分散していたのに対し、semでは胚外周のみに発現が認められ、胚内部ではほとんど細胞分裂を行っていなかった。以上の結果から、semでは胚発生初期の極性の構築において重篤な異常を有することが示唆された。
（2）SEM遺伝子の単離
SEM遺伝子を同定するためファインマッピングを行ったところ、候補領域には34遺伝子が含まれていた。それぞれの遺伝子の発現プロファイルから初期胚で発現していないものを除き、候補遺伝子のシークエンスを行ったところ候補遺伝子のひとつにアミノ酸置換を伴うGA置換が認められた。今後はこの遺伝子がSEM遺伝子であることを確認するために相補性試験などを行う予定である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

胚発生におけるSEM遺伝子の機能を解明することを目的に、平成26年度は（1）sem変異体の胚発生過程の調査、（2）SEM遺伝子の単離、の2実験を計画・実行した。その結果、（1）sem変異体では胚発生初期における胚の極性に重篤な異常を有すること、（2）候補遺伝子のひとつにアミノ酸置換を伴うGA置換を発見したこと、などそれぞれの実験目標を満たした結果を得ることに成功したため、平成26年度は研究が順調に進捗していると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

平成26年度の研究結果を踏まえ、平成27年度は以下の4実験を遂行する予定である。
（1）SEM候補遺伝子を用いた相補性試験：前年度単離した候補遺伝子が原因遺伝子であることを確認するため、正常型の候補遺伝子を用いてsem変異体の形質転換を行う。これにより、形質転換体の表現型が野生型に回復した時点で候補遺伝子はSEM遺伝子であることが確認される。
（2）胚発生過程におけるSEM遺伝子の発現パターンの調査：SEM遺伝子のプローブを用いて野生型の未熟胚切片上でin situ hybridizationを行い、胚発生過程においてSEM遺伝子がいつ、どこで発現しているかを明らかにする。
（3）SEM過剰発現体の作出：アクチンプロモーターを用いて野生型（台中65号）でSEM遺伝子を過剰発現させ、形質転換体の形態変化を調査する。
（4）SEM様遺伝子変異体のスクリーニングおよび多重変異体の作出：SEM遺伝子がファミリーを形成していた場合、それぞれの遺伝子がどのように機能分化しているかを明らかにするため、イネトランスポゾンのミュータントパネルよりSEM様遺伝子変異体を逆遺伝学的にスクリーニングし、得られた変異体の表現型の解析および交配による多重変異体の作出を行う。また、SEM遺伝子の機能をより広く捉えるため、シロイヌナズナのSEMオーソログおよびパラログ変異体を逆遺伝学的にスクリーニングし、表現型を解析する。