| 研究課題/領域番号 |
15K07106
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| 研究機関 | 奈良女子大学 |
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研究代表者 |
奈良 久美 奈良女子大学, 自然科学系, 准教授 (30322663)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 水輸送 / シロイヌナズナ / MRI / アクアポリン / フィトクロムA / 概日時計 / 塩ストレス / 高温 |
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| 研究実績の概要 |
植物体における水や無機養分の輸送は光や概日時計をはじめとした様々な外的・内的な因子によって調節されている。さらに、乾燥や無機養分の枯渇などのストレスにも影響される。本研究では、光や時計によるアクアポリンや根の水透過性の調節を軸として、植物体における物質輸送、及び植物の成長やストレスへの応答の仕組みを調べている。
生体膜を介した水の輸送を担うアクアポリンのうち、原形質膜に局在するPIPsの量や活性が組織や細胞の水透過性と密接に相関することが明らかになってきている。私達はこれまで、フィトクロムA（phyA）を介した光による水輸送調節の仕組みを調べるために、MRIを用いたシロイヌナズナの根の水動態の解析やアクアポリン遺伝子の発現解析を行い、遠赤色光（FR）照射に応じた根の水動態の変化と地上部のアクアポリン遺伝子PIP2;1の迅速な発現誘導がおきることを示してきた。FR照射によってPIP2;1遺伝子の発現誘導がおきる組織を調べたところ、地上部の維管束でPIP2;1プロモーター活性が上昇することがわかった。そこでH29年度はFRによるPIP2;1遺伝子の誘導が水輸送を促進し、実生の形態形成、特に子葉の発達に影響を与えている可能性があるかを検討した。赤外マイクロスコープを用いた観察により、FR照射による子葉の発達の過程を追跡し、phyAとの関連も調べたところ、MRIで示されていたFR照射による根の水動態の変化と、維管束の細胞でのPIP2;1遺伝子発現の誘導、地上部の発達の変化との関連を示唆する結果が得られた。
さらに、別の原形質膜アクアポリン遺伝子PIP2;3の高温と光による発現調節の仕組みを調べる研究や、根のプロトプラストの水透過性の研究、ストレス耐性と液胞膜アクアポリンに関する研究を通して、成長や形態形成に伴う水輸送が環境によって微調整される仕組みについて研究を進めている。
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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
H29年度には、まず、原形質膜アクアポリンPIP2;1遺伝子の光による発現調節に関連して、遠赤色光照射に伴う子葉の発達変化を解析し、野生型とphyA変異体の反応を比較した。その結果、これまでのMRIの結果の解釈、すなわち遠赤色光照射直後から根の水輸送が活発になっているという考察と矛盾しないデータが得られた。本課題で得られた成果をまとめ、現在、総合的な考察を行っている。
次に原形質膜アクアポリン遺伝子PIP2;3の高温誘導を促進する光について、青色光と赤色光の効果が高いこと、遠赤色光も組織・器官によっては効果があることを見出した。本成果は、光と高温による相乗的な発現誘導の仕組みを明らかにするために重要な知見である。
さらに、時計変異体elf3の根の水透過性が高い原因を探るため、根のプロトプラストの水透過性の測定やカスパリー線の発達に関する実験を行った。時計によるアクアポリンPIP2sのリン酸化の制御が、根の水透過性の調節にどのように関わるのかを明らかにしていきたい。
また、液胞膜アクアポリン遺伝子TIP2;2の成長やストレス応答に対する役割を探るために、tip2;2変異体やtip2;2 tip2;3二重変異体を用いた実験を進めている。tip2;2変異体において、野生型よりも塩ストレス耐性が高いことを見出し、その理由を探っている。
最後に、MRIによるシロイヌナズナ茎の流速測定の予備実験として、カイワレダイコンのQ Space Imagingを行った。今後、このデータの解析を進め、シロイヌナズナを用いた精度の高い流速測定が可能かについて検討していく。MRIに関しては進展が遅れているが、それ以外の本課題の各テーマは概ね順調に進行している。
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| 今後の研究の推進方策 |
MRIによるシロイヌナズナの流速測定の実現に向け、H28年度にプローブ作製、H29年度にカイワレダイコンを用いた流速測定の条件検討を行った。H30 年度に条件が整えば、研究協力者（筑波大）と一緒にシロイヌナズナの流速測定を実施する予定である。その場合は、植物栽培のための研究協力者（筑波大）の雇用、研究協力者（奈良女子大）の筑波大への派遣を行い、植物の栽培条件を厳密に管理しながらMRI実験を実施する。光条件によるシロイヌナズナ茎の流速の変化を捕えることを目的とし、可能であれば、野生型と変異体の光に応答した流速の変化について比較する。
一方、光などの環境や時計によるアクアポリンの制御の仕組みに関する研究は、引き続き、多方面から研究を推進する方針である。まず、原形質膜アクアポリンPIP2;1遺伝子の光による発現調節と水輸送、子葉の発達との関連性についての成果をまとめるとともに、子葉発達へのPIP2;1の貢献度を探るための追加実験を実施する。そのために、H29年度に購入した赤外マイクロスコープを用いて、遠赤色光照射に伴うpip2;1変異体の実生の形態の変化を経時的に追跡する計画である。
PIP2;3遺伝子の高温と光による誘導の仕組みに関しては、どの光受容体が関与しているのかを突き止めるために、クリプトクロムやフィトクロム等の変異体を用いた実験を行う。時計によるアクアポリンの制御と根の水透過性については、アクアポリンPIP2sの脱リン酸化に関わるプロテインホスファターゼに着目した実験を実施しながら、引き続き、根のプロトプラストの水透過性測定等を行う。液胞膜アクアポリンTIP2;2のストレス応答への役割に関しては、変異体の表現型の解析とリアルタイムPCRによる発現解析を行う。これらの実験を滞りなく遂行するため、アルバイト雇用（文献調査）よりも試薬等の購入を優先する。
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