| Project/Area Number |
23K23601
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| Project/Area Number (Other) |
22H02336 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 39030:Horticultural science-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
樋口 洋平 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (00746844)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
久松 完 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 野菜花き研究部門, 研究領域長 (00355710)
石森 元幸 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 助教 (50758729)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥16,510,000 (Direct Cost: ¥12,700,000、Indirect Cost: ¥3,810,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
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| Keywords | キク / 温度受容体 / 温暖化 / 開花遅延 / 概日時計 / 高温開花遅延 / 光受容体 |
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| Outline of Research at the Start |
地球温暖化に伴う作物生産に関わる諸問題を解決するため、高温耐性を備えた新品種の開発が喫緊の課題となっているが、植物の外気温応答機構は明らかになっていない。キクは日長調節による周年生産が世界的に普及しているが、夏季の高温による開花遅延の克服が積年の課題となっている。最近、シロイヌナズナにおいて光受容体と概日時計因子が温度受容体として機能することが報告され、光周期の受容と温度の受容経路が大幅に重複する可能性が示された。本研究では、キクの高温開花遅延をターゲット形質として光受容体や概日時計因子の機能解明を通じて光周期と温度刺激の統合点を明らかにし、最終的には人為的な開花適温の改変を目的とする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
地球温暖化に伴う作物生産に関わる諸問題を解決するため、高温耐性を備えた新品種の開発が喫緊の課題となっているが、植物の外気温応答機構は明らかになっていない。キクは日長調節による周年生産が世界的に普及しているが、夏季の高温開花遅延の克服が積年の課題となっている。最近、シロイヌナズナにおいて光受容体phyBと概日時計因子のEvening Complex（EC）が温度受容体として機能することが報告され、光周期の受容と温度の受容経路が大幅に重複する可能性が示された。本研究では、キクの高温開花遅延をターゲット形質としてphyBや概日時計構成因子ECの機能解明を通じて光周期と温度刺激の統合点を明らかにし、人為的な開花適温の改変を試みると同時に、作物の生育・開花適温の制御機構を理解することを目的とする。これまでに、温度受容に関与すると予想される概日時計因子のECを構成するELF3, ELF4, LUX等の過剰発現体およびCRISPR/Cas9による遺伝子破壊株の作出に取り組み、過剰発現体は各遺伝子について概ね複数ラインの作出に成功し、一部は極端な遅咲き形質や形態異常が確認されている。CRISPR系統については実験条件の最適化を同時進行中であるが、一部の遺伝子では標的遺伝子への変異導入が確認されている。また、栽培ギク品種における網羅的遺伝子発現解析の準備段階としてキクタニギクでの予備実験を概ね完了した。今後は得られた形質転換体の開花応答を詳細に解析し、さらには異なる温度条件下のRNA-seq解析結果を加えることで、概日時計遺伝子による温度受容メカニズムとその標的遺伝子ネットワークが明らかになるものと考えられる。
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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
【課題1】キクタニギクのEC構成因子であるELF3, ELF4, LUX, およびECの直接ターゲット候補遺伝子であるGI, PRR7について過剰発現体 (OX)とCRISPR/Cas9 (CR)による遺伝子破壊株の作出を行った。2023年度は新たにELF4-CR, LUX-CR, PRR7-CRの作出に成功し、各ラインで導入された変異タイプを明らかにした。
【課題２】昨年度に引き続き、異なる温度（20℃, 30℃）条件下での概日時計・花成関連遺伝子の日周変動を新たに導入したオランダ系品種を含めて解析した結果、高温条件下でのFTL3の発現低下とGIを含めた時計遺伝子の暗期中の発現上昇に再現性が見られた。ELF3のPrD構造比較解析については、秋ギク品種（NIFS-3, 神馬）、夏秋ギク品種（精雲、ナガノクイン、ロアール）、オランダ系品種で比較した結果、高温耐性に寄与するような共通の変異はみられなかった。
【課題4】プロトプラストへの遺伝子導入実験系を最適化するため、可視化マーカーとしてハナスベリヒユのベタシアニン生合成遺伝子 (DOD1, CYP76AD1, cDOPA5GT)の発現コンストラクトを作成し、カルスでの着色を確認した。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度に引き続き、作出した形質転換体の表現型解析に取り組むと同時に、CRISPR/Cas9による変異導入効率の改善、およびプロトプラストからの植物体再生に重点的に取り組んでいく。【課題1】については、昨年度に引き続き、候補遺伝子の過剰発現体とCRISPR/Cas9遺伝子破壊株の作出に取り組み、既に作出済みの形質転換体については複数の光周期条件下および温度条件下における花成反応を詳細に解析する予定である。【課題２】については、主にオランダDeliflor社提供の高温開花性品種においてRNA-seq解析を実施する。【課題3】については、既に作出済みのCsPHYB形質転換体を用い、高温条件下での開花遅延形質を野生型と比較する。【課題4】については、プロトプラストへの遺伝子導入・再生系を構築するため、可視化マーカー（RUBY）, 再分化促進ヘルパープラスミドを新たに導入し、さらにプロトプラストの培養に最適化した培地組成での組織培養条件を検討する。ベクター導入後に長期間 (48h~)培養できるプロトプラストの調整方法を検討する。
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