研究課題/領域番号 |
21H05034
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研究種目 |
基盤研究(S)
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配分区分 | 補助金 |
審査区分 |
大区分F
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研究機関 | 岡山大学 |
研究代表者 |
馬 建鋒 岡山大学, 資源植物科学研究所, 教授 (80260389)
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研究分担者 |
山地 直樹 岡山大学, 資源植物科学研究所, 准教授 (00444646)
宮地 孝明 岡山大学, 自然生命科学研究支援センター, 研究教授 (40550314)
三谷 奈見季 岡山大学, 資源植物科学研究所, 准教授 (40581020)
菅 倫寛 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 教授 (60634920)
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研究期間 (年度) |
2021-07-05 – 2026-03-31
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研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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配分額 *注記 |
189,280千円 (直接経費: 145,600千円、間接経費: 43,680千円)
2024年度: 35,750千円 (直接経費: 27,500千円、間接経費: 8,250千円)
2023年度: 36,270千円 (直接経費: 27,900千円、間接経費: 8,370千円)
2022年度: 37,310千円 (直接経費: 28,700千円、間接経費: 8,610千円)
2021年度: 45,110千円 (直接経費: 34,700千円、間接経費: 10,410千円)
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キーワード | 環境変動 / ミネラル輸送 / イネ / 可塑性 / トランスポーター / 制御 / 根 |
研究開始時の研究の概要 |
地球規模の気候変動により、土壌の水分状態が大きく変動するため、作物の生育に欠かせない土壌中の養分濃度や化学形態が激しく変化している。また過度の施肥により、土壌の酸性化が進み、作物の生育を阻害する有害金属が溶出してしまい、作物の生産性や安全性において大きな問題となっている。本研究は主に”水陸両用”のイネを用いて、土壌ミネラル環境変動に可塑的に対応する植物の輸送システムを分子レベルで解明し、将来環境変動に適応できる環境応答型作物の作出に寄与する。
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研究実績の概要 |
イネから同定したケイ酸輸送体Lsi1とLsi2は特徴的に根の外皮細胞と内皮細胞の遠心側と向心側に偏在するが、様々な手法でこの極性局在の機構について調べ、Lsi1の極性局在はクラスリン経路のエンドサイトーシスに依存しないことを明らかにした。一方、極性局在しないオオムギのケイ酸輸送体HvLsi2をイネの外皮と内皮細胞に人為的に発現させると、極性を示すようになり、ケイ酸輸送体の極性局在機構は特定の細胞にあることを示唆している。 またイネのケイ酸輸送体Lsi1について、根の外皮細胞および内皮細胞における遠心側への極性局在に重要なタンパク質領域の解析を行い、N末端およびC末端領域の特定のイソロイシン残基、およびC末端領域の正電荷を持つアミノ酸残基が必須であることを明らかにした。また極性局在が失われた改変型Lsi1を導入した形質転換イネによる解析から、効率的なケイ酸吸収におけるLsi1極性局在の重要性が改めて確認された。 イネケイ素輸送体遺伝子OsLsi1とOsLsi2は環境中のケイ酸濃度が高くなると、その発現が抑制されるが、我々はその発現抑制に関わるシグナルタンパク質(SSS)を同定した。SSS遺伝子は葉に発現し、根に発現しないが、そのコードされたタンパク質は根において強く検出された。 イネコアコレクションのカドミウム蓄積が少ない系統(Pokkali)を用いたQTL解析から原因遺伝子を同定した。この系統ではカドミウム/マンガン輸送体OsNramp5遺伝子が重複しており、根の遺伝子発現およびタンパク質レベルが他系統の2倍に増加していた。その結果、根のマンガンおよびカドミウムの吸収能も倍加しており、根から地上部へのカドミウムの転流がマンガンによって競合的に阻害されると考えられた。 ケイ酸排出輸送体Lsi2の大量培養・精製に成功し、クライオ電子顕微鏡による単粒子構造解析と結晶化を進めている。
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現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
予定より多くのミネラル輸送体の同定や環境変動に対する応答機構の解明ができた。これらの成果はNature FoodやPlant Cellなどのトップジャーナルに発表している。
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今後の研究の推進方策 |
引き続き共同研究者と緊密に連携して、イネの環境変動に対する応答機構を様々な手法で解明していく。
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評価記号 |
中間評価所見 (区分)
A+: 研究領域の設定目的に照らして、期待以上の進展が認められる
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