| 研究課題/領域番号 |
21K06316
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分45030:多様性生物学および分類学関連
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| 研究機関 | 京都教育大学 |
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研究代表者 |
藤浪 理恵子 京都教育大学, 教育学部, 准教授 (40580725)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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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 |
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: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
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| キーワード | 根 / 茎 / 分枝 / 維管束植物 / 頂端分裂組織 / 形態進化 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
植物の分枝の起源は古く、初期の維管束植物がまだ根、茎、葉をもたない時代にすでに、軸が単純に二又状に枝分かれしていた。分枝出現後に根、茎、葉の進化が生じて多様な維管束植物が進化したことから、分枝は植物の形態進化に重要な形質であると考えられる。現生の維管束植物のうち、シダ植物小葉類は原始的な二又分枝をもつことから、初期の分枝形成の仕組みを解明するために鍵を握るグループである。本研究では、茎や根の分枝形成に重要な役割を果たす植物ホルモンのオーキシンの機能から小葉類の分枝形成の制御機構を明らかにし、分枝形成の進化を解明する。
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| 研究実績の概要 |
植物の分枝の起源は古く、初期の維管束植物がまだ根、茎、葉をもたない時代には軸が単純に二又状に枝分かれしていた。分枝は植物がもつ基本的な体制であるが、祖先的な分枝がどのように生じたのかは不明である。分枝出現後、根、茎、葉が進化したことから、植物の形態進化に分枝は重要な形質と考えられる。現生の維管束植物のうち、原始的な二又分枝をもつのはシダ植物小葉類のみで、小葉類の形態進化を明らかにすることは植物進化解明にとって不可欠である。本研究は、シダ植物小葉類の根と茎の分枝形成の制御機構を解明すること目的とし、分枝形成に重要な役割を担うと多くの知見がある植物ホルモンのオーキシンを用いた解析を行い、根と茎のオーキシン応答やその局在について発生解剖学的手法と分子遺伝学的手法から分枝の形態進化について明らかにする。小葉類ヒカゲノカズラ科のヒカゲノカズラとトウゲシバを用い、合成オーキシン（NAA）、オーキシン輸送阻害剤（NPA）を根端と茎頂部分に局所的に投与し、各々の成長と頂端分裂組織の細胞分裂動態を解析した。その結果、NPA投与個体の根では、根の伸長阻害とRAM全体の細胞分裂頻度の低下、RAMの縮小や構造の変化が生じ、NAA投与の根は伸長が促進されることが明らかとなった。これらの結果から、ヒカゲノカズラとトウゲシバのRAM構造の維持にオーキシンが機能すると考えられる。さらに、根と茎のオーキシン局在を抗IAA抗体による免疫染色法とPIN相同遺伝子による発現解析を行い、分枝形成時のオーキシン局在を解析し、分枝形成の機構解明を進めている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
小葉類ヒカゲノカズラ科のヒカゲノカズラとトウゲシバを用いてオーキシン投与実験及び抗IAA抗体による免疫染色法を行い、根と茎の形態形成におけるオーキシンの影響を解析した。２種のオーキシン投与実験は合成オーキシン（NAA）とオーキシン輸送阻害剤（NPA）を各々の根頂端部に投与し、根の成長への影響を約１か月解析した。その結果、NAA投与の場合、２種とも根の伸長が促進され、NPA投与では著しく根の伸長が抑制されるということが明らかとなった。NAAとNPA投与時ぼ２種の根頂端部の細胞分裂動態の変化を明らかにするために、分裂細胞を標識するEdU蛍光試薬を用い、RAMの分裂動態解析を行った。ヒカゲノカズラの根頂端分裂組織（RAM）は通常、根頂端部に静止中心（QC)様領域をもち、その周辺の細胞群は盛んに細胞分裂を行う。NPA投与の根では、処理後2日目からRAM全体のEdU取り込み細胞が減少し、3日目以降ではQC様領域と同程度の分裂頻度を示した。7日目以降、根冠の細胞層が減少し、根頂端分裂組織の領域が著しく縮小した。トウゲシバのRAMではヒカゲノカズラとは異なりQC様領域をもたないが、NPA投与のRAMの分裂頻度はヒカゲノカズラと同様に著しく減少し、RAM領域自体が縮小していた。これらの結果から、２種の根頂端部でオーキシンの輸送を阻害した場合、根頂端部の細胞分裂が抑制され、正常な構造の維持がされなくなったと考えられる。したがって、ヒカゲノカズラとトウゲシバのRAM構造維持にはオーキシンが必要であると示唆される。さらに、根と茎の分枝形成時のオーキシン局在解析のために抗IAA抗体による組織学的解析を行った。根と茎の頂端部全体に抗IAA抗体の局在がみられたが、細胞ごとの抗IAA抗体の分布を明確に可視化できなかった。そこで、オーキシン排出輸送タンパク質のPIN相同遺伝子の発現解析を進めている。
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| 今後の研究の推進方策 |
ヒカゲノカズラとトウゲシバの根と茎の成長と分枝形成に関与するオーキシン局在を解析するために、オーキシン排出輸送タンパク質であるPIN遺伝子を用いた発現解析を行う。シダ植物小葉類のイワヒバ科において、数個のPIN遺伝子の発現解析が行われており、茎の分枝にオーキシンの関与が示唆されている。これらの知見をもとに、ヒカゲノカズラ科の根と茎のPINの局在を解析し、根と茎の分枝の各発生段階におけるオーキシンの動態を明らかにする。ヒカゲノカズラとトウゲシバのPIN相同遺伝子の単離は、現在、数個の単離を完了している。PIN相同遺伝子の発現解析を進め、ヒカゲノカズラとトウゲシバの分枝形成のオーキシンの機能を推定するとともに、軸の二又分枝の形成機構について議論し、成果報告を行う。
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