| 研究課題/領域番号 |
23K21159
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| 補助金の研究課題番号 |
21H02085 (2021-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2021-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分38010:植物栄養学および土壌学関連
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
松倉 千昭 筑波大学, 生命環境系, 教授 (60361309)
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| 研究分担者 |
古川 純 筑波大学, 生命環境系, 准教授 (40451687)
尹 永根 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 量子バイオ基盤研究部, 主幹研究員 (50609708)
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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 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)
2024年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2023年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2021年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
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| キーワード | 同化産物輸送 / 茎 / デンプン欠損 / PETIS / トレーサー解析 / 同化産物転流 / AGPase / 果柄 / トマト / 薄層クロマトグラフィー |
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| 研究開始時の研究の概要 |
作物にとって茎部は植物体を支える構造器官であるだけでなく、ソース（葉）とシンク
（種子、果実など）をつなぐ長距離輸送経路としての役割を持つ。同化産物輸送の効率化は作物の収量性を改良する上で重要と考えられるが、従来の研究はソース・シンクに偏重し、茎部における同化産物輸送の制御メカニズムは解明されていない。そこで、本研究課題では
1) 茎部における同化産物の貯蔵・再分配メカニズム、2) 花（果）柄を介した果実シンク能制御メカニズムの解明を通して同化産物輸送における「茎」の機能解明を行う。「茎の輸送機能強化」という新たなアプローチで収量性を向上させる技術を開発することを目指す。
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| 研究実績の概要 |
作物にとって茎部は植物体を支える構造器官であるだけでなく、ソース（葉）とシンク（種子、果実など）をつなぐ長距離輸送経路としての役割を持つ。同化産物輸送の効率化は作物の収量性を改良する上で重要と考えられるが、茎部における同化産物輸送の制御メカニズムは不明である。本研究はトマトのデンプン生合成能欠損系統を用いて、同化産物の長距離輸送や分配における茎、果柄の機能を解明することを目的としている。2022年度は2021年度に決定した実験条件に基づき、1）ポジトロンイメージング (PETIS) を用いた茎部における同化産物輸送のモニタリング、2）茎部、果柄におけるRNA/miRNA-seq、3）14C標識CO2を用いた茎部における同化産物の代謝動態解析 を実施した。3）では当初、LC-MSを使用する計画であったが、2022年3月に発生した地震により同機器が故障したため、代替手法の検討を行った。その結果、1）では第1および第2果房に注目して計2回のPETISを実施し、主茎における同化産物転流の動態を解析した。また、2）では1）で使用した植物の各果房基部主茎および果柄をサンプリングし、RNA-seqおよびmiRNA-seqを実施した。3）については、2021年度に実施した14Cトレーサー解析のサンプルを用いて、薄層クロマトグラフィー（TLC）を試行し、同化産物の分離と検出が可能か検討を行ったが、シグナルの検出には至らなかった。2023年度に継続して代替法の検討を行う予定である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究はトマトのデンプン生合成能欠損（AGPase発現抑制）形質転換系統および非形質転換系統（野生型）を用いて、同化産物の長距離輸送や分配における茎、果柄の機能を解明することを目的として実施した。2022年度は2021年度に検討を行った実験条件に基づき、1）ポジトロンイメージング (PETIS) を用いた茎部における同化産物輸送のモニタリング、2）茎部、果柄におけるRNA-seq、3）14C標識CO2を用いた茎部における同化産物の代謝動態解析 を実施した。1）では、デンプン合成能欠損（シンク能低下）系統ならびに非形質転換体（野生型）を供試し、PETIS を計2回実施した。1回目は第2花房、2回目は第1果房に注目し、各回デンプン生合成能欠損系統3個体、野生型3個体を供試した。その結果、2021年度の予備解析で観察された、ソース葉→果房への到達時間についてデンプン欠損系統の方が野生型よりも速いこと、野生型では同化産物が主に果房に分配されるのに対し、デンプン合成能欠損系統では、果房分岐を素通りして基部に流れる傾向が強いこと、等の傾向を確認することが出来た。そのため、2回目のPRTIS解析に供試した個体より、第1果房基部主茎ならびに果柄をサンプリングし、RNAおよびmiRNAを抽出の上、RNA-seqおよびmiRNA-seq を行った。3）では2022年3月に発生した地震により、使用予定であった本学アイソトープ環境動態研究センターが保有するLC-MS が故障したため、代替解析法の検討を行った。具体的には、2021年度に行った14Cトレーサー解析のサンプルを用いて薄層クロマトグラフィー（TLC）を行い、14C標識同化産物の分離・検出を試みた。しかし、14C標識同化産物の濃度が非常に低いため、2022年度は検出には至らず、2023年度に別の手法を検討する予定である。
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| 今後の研究の推進方策 |
2023年度は2022年度に行ったRNA-seqおよびmiRNA-seqのデータ解析を行う。デンプン合成能欠損系統特異的に発現が変化する遺伝子をスクリーニングし、併せて、それらと逆の発現パターンを示すmiRNAを絞り込む。また、デンプン生合成能欠損系統3個体、野生型3個体を供試して13C標識CO2を用いたトレーサー解析を行い、各系統における同化産物の期間別分配量を把握する。同化産物の茎部における代謝動態解析については、2023年度は13Cトレーサー解析のサンプルを供試し、CN安定同位体比質量分析装置を利用した手法を検討する予定である。
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