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植物の二酸化炭素応答「尺度」決定メカニズムの実体解明

研究課題

研究課題/領域番号 23K14213
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分44030:植物分子および生理科学関連
研究機関九州大学

研究代表者

門田 慧奈  九州大学, 理学研究院, 助教 (30782255)

研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2025年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2024年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2023年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワード二酸化炭素 / 気孔 / シロイヌナズナ / 環境応答
研究開始時の研究の概要

植物は気孔の開閉を通して光合成基質である二酸化炭素(CO2)の取り込み量を最適化している。気孔の「開/閉」に関与する遺伝子は多数同定され、そのメカニズムが解明されつつあるが、気孔の開度レベルを体内外の環境に応じて精密に調節するメカニズムについては解明に至っていない。本研究では気孔開度レベルが大きく変動するCO2濃度域に着目し、モデル植物シロイヌナズナを用いた順遺伝学的アプローチを通して気孔開閉のトリガーが引かれるCO2濃度の基準を植物が決定するメカニズムを明らかにすることをめざす。

研究実績の概要

これまでにシロイヌナズナの野生系統および変異系統集団の中から、サーマルイメージングによる一次スクリーニングと、光合成蒸散測定による二次スクリーニングによって、気孔の二酸化炭素(CO2)応答域が標準野生系統よりも高CO2側あるいは低CO2側にシフトしている系統を選抜した。これらの選抜系統の原因遺伝子の同定および遺伝子機能解析、さらに分子レベルから植物構造レベルで選抜系統に起きている変化を精査することで、気孔閉鎖を駆動するCO2応答基準の決定メカニズムの実体を明らかにすることをめざしている。令和5年度では選抜したシロイヌナズナ系統のうち、原因遺伝子の同定に成功したものについて、先行して生理学的特徴を精査しながら原因遺伝子との関連を調べた。また原因遺伝子のアノテーション情報を参考にして、原因遺伝子と関連する遺伝子のタグライン集団を種子ストックセンターから取り寄せ、CO2に対する気孔開閉応答性を解析した。その結果、CO2応答基準がシフトしている系統をさらに2系統見出した。現在、これらの系統の共通項を精査することで、これらの遺伝子がどのようなメカニズムでCO2応答基準の決定に関与しているかについて調べている。また、選抜系統の中で、まだ原因遺伝子を同定していない系統についても、原因遺伝子の同定を進めている。今後は、原因遺伝子や、その関連遺伝子の発現量や局在を人為的に操作した場合にCO2応答基準がどうなるのかについて、さらに解析を進める。またCO2応答基準がシフトしている系統群において、葉内で起こっている構造的・生理学的・分子遺伝学的変化を調べる予定である。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

令和5年度では、選抜系統から同定された原因遺伝子とCO2応答基準の関連を明らかにすべく、選抜系統で起こっている可能性のある生理学的変化(炭素・窒素含量、植物ホルモン含量、光合成能力、光感受性等)と原因遺伝子の関連について精査した。また原因遺伝子のアノテーション情報を元に、原因遺伝子と関連する遺伝子のタグラインを取り寄せて解析した結果、CO2応答基準がシフトした系統をさらに2系統見出すことができた。引き続き選抜系統の生理学的解析とタグラインのCO2応答性解析を進めているが、問題なくデータが得られている。よって研究はおおむね順調に進展している。

今後の研究の推進方策

今後は、原因遺伝子やその関連遺伝子の発現量や局在を人為的に操作した場合にCO2応答基準がどのように変化するかについて、形質転換系統を用いて解析を進める。多くの系統は作出済みであるが、解析を進めた結果、さらに必要とする形質転換系統が生じたため、並行してそれらの系統の作出を進める。またCO2応答基準がシフトする系統群において、葉内構造や代謝産物、既知のCO2応答遺伝子の発現レベルに違いがないかを調べる予定である。

報告書

(1件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて 2024 2023

すべて 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件)

  • [学会発表] シロイヌナズナの貧窒素環境適応機構に関わるQTLsの探索2024

    • 著者名/発表者名
      門田 慧奈, 馬渕 敦士, 祢冝 淳太郎, 井内 聖, 小林 正智, 野田口 理孝, 筒井 大貴, 阿部 光知, 櫻庭 康仁, 柳澤 修一, 射場 厚
    • 学会等名
      第65回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 気孔の二酸化炭素応答基準に関わるシロイヌナズナ新規変異体2023

    • 著者名/発表者名
      門田 慧奈, 秀野 智紀, 中江 聡子, 祢冝 淳太郎, 射場 厚
    • 学会等名
      日本植物学会第87回大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] アブシシン酸非依存的な気孔応答に関係するシロイヌナズナ新規変異体の解析2023

    • 著者名/発表者名
      中江 聡子, 秀野 智紀, 祢冝 淳太郎, 小嶋 美紀子, 竹林 裕美子, 榊原 均, 射場 厚, 門田 慧奈
    • 学会等名
      日本植物学会第87回大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] CO2高感受性シロイヌナズナ野生系統における光障害回避メカニズム2023

    • 著者名/発表者名
      秀野 智紀, 中江 聡子, 丸山 祐汰, 後藤 栄治, 祢冝 淳太郎, 射場 厚, 門田 慧奈
    • 学会等名
      日本植物学会第87回大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Stomatal characteristics of an Arabidopsis: Natural accession with high sensitivity to increased CO22023

    • 著者名/発表者名
      Shuno T, Nakae S, Mabuchi A, Negi I, Iba K, Monda K
    • 学会等名
      The 33rd International Conference on Arabidopsis Research
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Isolation of an Arabidopsis mutant involved in abscisic acid-independent stomatal closure2023

    • 著者名/発表者名
      Nakae S, Shuno T, Takahashi S, Mabuchi A, Negi J, Kojima M, Takebayashi Y, Sakakibara H, Iba K, Monda K
    • 学会等名
      The 33rd International Conference on Arabidopsis Research
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 気孔の二酸化炭素応答基準の決定因子の探索2023

    • 著者名/発表者名
      門田 慧奈, 秀野 智紀, 中江 聡子, 祢冝 淳太郎, 射場 厚
    • 学会等名
      九州沖縄植物学会第72回大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書

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公開日: 2023-04-13   更新日: 2024-12-25  

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