エチレンによる着果抑制機構の解明

• 研究課題/領域番号: 16J00582
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 園芸科学
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 篠崎 良仁 筑波大学, 生命環境系, 助教 (60841971)
• 研究期間 (年度): 2016-04-22 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2017年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2016年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
• キーワード: トマト / 果実形成 / 植物ホルモン / レーザーマイクロダイセクション / トランスクリプトーム / RNA-seq / WGCNA / ゲノム編集

研究実績の概要

本研究では，ジベレリン（GA）を介したエチレンによる果実形成の分子制御機構を組織レベルで解明することを目的とする．本年度は以下の研究および発表を行った．
１）未受粉でも子房が老化せずに種無し果実を形成するトマト単為結果性変異体3系統について，GAの関与を含む特徴付けおよび論文発表を行った．
２）前年度までに野生型，GAおよびエチレン変異体を利用し，レーザーマイクロダイセクションを利用したRNA-seqおよびWGCNAを行い，着果時のトマト子房における組織依存的転写ネットワークを明らかにした．これにより同定された，組織依存的発現パターンを示す4遺伝子の機能解析を目的とし，CRISPR/Cas9法によるトマトゲノムの編集を行った．その結果，GAやエチレンに関連する4遺伝子それぞれについて機能を完全に欠損していると考えられる植物体を得た．うちエチレンに関連する標的 1遺伝子の改変体について，着果に着目した解析（下記項目３，４，５）を行った．
３）標的遺伝子改変体の未受粉子房において2種類の老化マーカー遺伝子の転写発現解析を行った結果，いずれも野生型に比べ大きく低下していたことから，標的遺伝子改変体では未受粉の子房で生じる老化が抑制されていることが示唆された．
４）上記１）を含むこれまでの研究から，子房の老化抑制は，単為結果性の付与をはじめ，果実形成を促進する可能性が期待された．そこで，標的遺伝子改変体において開花前に除雄した花を観察した結果，単為結果性を示すことが明らかとなった．
５）未受粉子房の老化は，花が受粉および着果可能な期間を制限している可能性があると考えた．そこで，標的遺伝子の機能欠損が着果可能な期間を延長するか調査した．その結果，野生型と標的遺伝子改変体はいずれも開花4日後から6日後にかけて受粉による着果能力を大きく失い，受粉による着果可能な期間の延長は見られなかった．

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Duke University(米国)
• [国際共同研究] INRA/University of Bordeaux(フランス)
• [国際共同研究] Cornell University/Boyce Thompson Institute/Skidmore College(米国)
• [国際共同研究] Zhejiang University(中国)
• [雑誌論文] Aberrant stamen development is associated with parthenocarpic fruit set through up-regulation of gibberellin biosynthesis in tomato (2019)
  • 著者名/発表者名: Okabe Y, Yamaoka T, Ariizumi T, Ushijima K, Kojima M, Takebayashi Y, Sakakibara H, Kusano M, Shinozaki Y, Pulungan SI, Kubo Y, Nakano R, Ezura H
  • 雑誌名: Plant & Cell Physiology 巻: 60 号: 1 ページ: 38-51
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy184
  • 査読あり
• [雑誌論文] Loss-of-function of a tomato receptor-like kinase impairs male fertility and induces parthenocarpic fruit set (2019)
  • 著者名/発表者名: Takei H, Shinozaki Y, Yano R, Kashojiya S, Hernould M, Chevalier C, Ezura H, Ariizumi T
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 10 ページ: 403-403
  • DOI: 10.3389/fpls.2019.00403
  • NAID: 120007133649
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Identification and functional study of a mild allele of SlDELLA gene conferring the potential for improved yield in tomato (2018)
  • 著者名/発表者名: Shinozaki Y, Ezura K, Hu J, Okabe Y, Benard C, Prodhomme D, Gibon Y, Sun T-P, Ezura H, Ariizumi T
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 12043-12043
  • DOI: 10.1038/s41598-018-30502-w
  • NAID: 120007128118
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] High-resolution spatiotemporal transcriptome mapping of tomato fruit development and ripening. (2018)
  • 著者名/発表者名: Shinozaki Y, Nicolas P, Fernandez-Pozo N, Ma Q, Evanich DJ, Shi Y, Xu Y, Zheng Y, Snyder SI, Martin LBB, Ruiz-May E, Thannhauser TW, Chen K, Domozych DS, Catala C, Fei Z, Mueller LA, Giovannoni JJ, Rose JKC.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 号: 1 ページ: 364-364
  • DOI: 10.1038/s41467-017-02782-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The role of ethylene in the regulation of ovary senescence and fruit set in tomato (Solanum lycopersicum). (2018)
  • 著者名/発表者名: Shinozaki Y, Ezura H, Ariizumi T.
  • 雑誌名: Plant Signaling & Behavior 巻: 13 号: 4 ページ: e1146844-e1146844
  • DOI: 10.1080/15592324.2016.1146844
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Tomato Expression Atlas. (2017)
  • 著者名/発表者名: Fernandez-Pozo N, Zheng Y, Snyder S, Nicolas P, Shinozaki Y, Fei Z, Catala C, Giovannoni JJ, Rose JKC, Muelller, LA.
  • 雑誌名: Bioinformatic 巻: 印刷中 号: 15 ページ: 2397-2398
  • DOI: 10.1093/bioinformatics/btx190
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Laser microdissection of tomato fruit cell and tissue types for transcriptome profiling. (2016)
  • 著者名/発表者名: Martin LBB, Nicolas P, Matas AJ, Shinozaki Y, Catala C, Rose JKC.
  • 雑誌名: Nat. Protoc 巻: 11 号: 12 ページ: 2376-2388
  • DOI: 10.1038/nprot.2016.146
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Tissue-specific transcriptome profiling of pollination- and DELLA-dependent tomato fruit set. (2017)
  • 著者名/発表者名: Shinozaki Y, Ozeki-Iida Y, Rose JKC, Ezura H, Ariizumi T
  • 学会等名: The XIV Solanaceae and III Cucurbitaceae Genomics Joint Conference
  • 国際学会
• [学会発表] A high-resolution spatiotemporal atlas of the tomato fruit transcriptome (2016)
  • 著者名/発表者名: Shinozaki Y, Fernandez-Pozo N, Nicolas PJ, Martin LBB, Snyder SI, Ma Q, Xu Y, Zheng Y, Catala C, Fei Z, Mueller LA, Giovannoni JJ, Rose JKC.
  • 学会等名: The 13th Solanaceae Conference
  • 発表場所: Davis California USA
  • 年月日: 2016-09-12
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] Tomato Expression Atlas
  • URL: http://tea.solgenomics.net