| Project/Area Number |
23K14213
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 44030:Plant molecular biology and physiology-related
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
門田 慧奈 九州大学, 理学研究院, 助教 (30782255)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | 二酸化炭素 / 気孔 / シロイヌナズナ / 環境応答 |
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| Outline of Research at the Start |
植物は気孔の開閉を通して光合成基質である二酸化炭素（CO2）の取り込み量を最適化している。気孔の「開／閉」に関与する遺伝子は多数同定され、そのメカニズムが解明されつつあるが、気孔の開度レベルを体内外の環境に応じて精密に調節するメカニズムについては解明に至っていない。本研究では気孔開度レベルが大きく変動するCO2濃度域に着目し、モデル植物シロイヌナズナを用いた順遺伝学的アプローチを通して気孔開閉のトリガーが引かれるCO2濃度の基準を植物が決定するメカニズムを明らかにすることをめざす。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究ではこれまでに、サーマルイメージングによる一次スクリーニングと、光合成蒸散測定による二次スクリーニングによって、気孔の二酸化炭素（CO2）応答域が通常よりも高CO2側あるいは低CO2側にシフトしているシロイヌナズナ系統を選抜しており、その原因遺伝子の同定および遺伝子機能解析を行い、また選抜系統に起きている変化を分子レベルから植物構造レベルで精査することで、気孔閉鎖を駆動するCO2応答基準の決定メカニズムの実体を明らかにすることをめざしている。令和6年度では、前年度に続き、選抜した系統のうち、すでに原因遺伝子を同定している系統について、原因遺伝子のアノテーション情報やこれまでに実施した解析の結果をもとにして、原因遺伝子と関連があり、かつ気孔応答に関係する可能性がある遺伝子の変異体・タグライン集団に対してCO2濃度変化に対する気孔開閉応答性を解析した。また、CO2シグナル伝達経路関連遺伝子をはじめとした、気孔開閉応答に関連する既知の遺伝子についても、同様に解析を行った。その結果CO2応答基準のシフトが見られた系統についてはさらに詳細な解析を行った。また、選抜系統において原因遺伝子に関連する遺伝子の発現レベルやタンパク量に変化がないかを調べた。これらの解析の結果を総合的に検討し、選抜系統において気孔のCO2応答基準にシフトが生じる原因について仮説を立て、検証を進めているところである。また、原因遺伝子の同定に至っていない系統については、遺伝子同定に向けて戻し交配を実施している。
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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
令和6年度では、選抜系統から同定された原因遺伝子とCO2応答基準の関連を明らかにすべく、前年度に引き続き、原因遺伝子と関連があり、かつ気孔開閉応答に関与する可能性がある遺伝子の変異体・タグラインなどについて、CO2濃度変化に対する気孔開閉応答性解析を実施した。その結果、前年度に見つかったものとは別に、CO2応答基準のシフトが起こっている系統を新たに見出した。それらの系統の解析結果や、そのほかのデータも踏まえながら、なぜ選抜系統において気孔のCO2応答基準がシフトするのかについて仮説を立て、現在その検証を行っているところである。よって研究はおおむね順調に進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在原因遺伝子同定中の系統に関しては、遺伝子同定のための戻し交配を進めているところであり、十分な回数の戻し交配が完了し次第、次世代シーケンス解析を行うことで、有力な原因遺伝子候補を抽出し、相補性検定によって原因遺伝子を確定させる。また、すでに原因遺伝子が判明している系統について、トランスクリプトーム解析およびメタボローム解析（必要に応じてプロテオーム解析）を実施し、原因遺伝子とCO2応答基準のシフトの関係についての仮説の検証を行う。またアンタゴニスト・インヒビター、アクチベータ－を用いた解析も行い、原因遺伝子と関連があると考えられるシグナル伝達経路を阻害、あるいは活性化したときの気孔応答を精査する。
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