差次的発現遺伝子の解析による急速な花弁老化プロセスの解明

• 研究課題/領域番号: 21K05576
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分39030:園芸科学関連
• 研究機関: 香川大学
• 研究代表者: 小杉 祐介 香川大学, 農学部, 准教授 (80325323)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2023年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円); 2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2021年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
• キーワード: 花器官の老化

研究開始時の研究の概要

園芸産物の鮮度保持技術を向上させるためにはその老化プロセスを明らかにすることが重要である．本研究は，花の老化（花弁の萎れ）が急速に進行する花き園芸品目の１つであるキキョウに着目し，どのようなメカニズムで老化が引き起こされるのか，栽培種を用い遺伝子レベルでの知見を得ることを目的としている．花の老化時に発現レベルに差の生じる遺伝子を探索し，その遺伝子の発現が開花から老化までの過程でどのようなパターンで調節されているか，植物ホルモンのエチレンとの関連性も視野に入れて解明する．

研究実績の概要

園芸産物の老化プロセスの解明は鮮度保持技術の向上に不可欠である．本研究では，花き園芸産物の中でも花器官が急速に老化する特徴を持つキキョウ（Platycodon grandiflorus）に着目し，花器官老化時に発現差が生じる遺伝子群を探索し，その発現が花器官の老化進行に伴いどのように調節されるのかを解明することを目的としている．令和5年度は，前年度までに実施したRNA-Seqライブラリデータのde novo transcriptome解析結果に基づき，発現差の認められた遺伝子の花器官老化過程における発現様式にならびにエチレン応答性の解析を行った．老化ステージ2～5に達した花器官，ならびにエチレン作用阻害剤であるチオ硫酸銀を処理した花器官をサンプリングし，花弁よりtotal RNAを得て，リアルタイム定量RT-PCRにより転写物量解析を行った．同定された遺伝子群は膨大であったことから，老化ステージ4で有意な増加が検出された遺伝子群から，花弁老化への関与が予想される，エチレン受容体，エチレン応答関連転写因子，花弁細胞崩壊への関与が予想されるタンパク質分解酵素の3種類に注目し，それぞれについて新規に同定された1遺伝子を解析した．新規同定された3遺伝子の転写物は，老化ステージ2に対し4の花弁で増加する傾向を示すとともに，エチレン作用阻害剤処理花の花弁で無処理の花弁に比べ減少する傾向を示した．このことから，これら3遺伝子の花弁老化時における発現には自然老化時に花器官で生成するエチレンが促進的な役割を果たすことが示唆された．また，タンパク質分解酵素遺伝子については，花弁老化時にエチレンに依存して顕著に増加することが知られる既単離の３遺伝子とは異なり，花弁での発現増加にエチレン以外の要因も関与する可能性が示された．

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

令和5年度は，前年度までに行ったRNA-Seqライブラリ（老化ステージ２と４の花の花弁から構築）のde novo transcriptome解析で同定された発現差のある遺伝子のうち，花弁老化への関与が示唆されるエチレン受容体，エチレン応答転写因子，タンパク質分解酵素をコードする新規の3遺伝子の発現解析を行うことができた．一方で，今回の解析で推定された変動遺伝子の数は，老化ステージ2に対し4で有意な増加が検出されたものだけでも膨大・多種類であったことから，解析対象の遺伝子をさらに選定し，花器官老化過程における発現様式にならびにエチレン応答性の解析を行う必要があると判断された．

今後の研究の推進方策

令和6年度には，令和4年度までに実施したRNA-Seqライブラリデータのde novo transcriptome解析から同定された発現差のある遺伝子について，令和5年度に解析したエチレン受容体，エチレン応答転写因子，タンパク質分解酵素をコードする新規3遺伝子に加え，さらに解析対象の遺伝子を選定し，花器官における転写物レベルのタイムコース，エチレン応答性等の解析を行うことで，老化関連遺伝子の発現プロファイルを明らかにしていく予定である．