| 研究課題/領域番号 |
16H06187
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
三輪 京子 北海道大学, 地球環境科学研究院, 准教授 (50570587)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | ホウ素 / 植物細胞壁 / ペクチン質多糖 / ラムノガラクツロナンII / シロイヌナズナ / 変異体 |
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| 研究実績の概要 |
肥沃度の低い土壌環境での持続的な植物生産には、植物の無機栄養の吸収を強化させるだけではなく、成長に必要な無機栄養の要求量を低下させた植物の開発が重要である。本研究では、植物の必須元素のホウ素を対象元素とし、植物個体のホウ素要求量を低下させる新規遺伝子変異の同定を目的とした。シロイヌナズナホウ酸輸送体機能欠損株に変異を導入し、「地上部ホウ素濃度は低下したままであるが成長が回復した」ホウ素要求量が低下した抑圧変異株11株を先行研究で単離した。本年度は本抑圧変異株の原因遺伝子の同定と生理学的な解析を進めた。
抑圧変異株#101の原因は機能未知の糖転移酵素遺伝子のミスセンス変異であることを、野生型遺伝子断片を導入した形質転換体の作出によって明らかにした。興味深いことに本遺伝子のT-DNA挿入のホモザイガス株は取得できず、成長に必須な遺伝子であった。#101は低ホウ素栄養条件下で稔実性の改善を示し、生殖成長期においてもホウ素要求量低下によるホウ素欠乏耐性を示した。また、抑圧変異株#175と#180ではT-DNA挿入株が同様の表現型を示すことより、#101とは異なる、機能未解明の糖転移酵素遺伝子のナンセンス変異が原因であることを明らかにした。さらに、#101、#175、#180の原因変異は野生型背景で、単独の変異でホウ素要求量を低下させる効果を示した。他7株は異なる染色体部位にそれぞれ原因変異が座上することを明らかにした。また、既に原因変異が同定されていた1株では、細胞壁のホウ素濃度の減少、ホウ素の作用点であるRG-IIの特異的単糖の減少、RG-IIの相対的な架橋率の維持を明らかにした。
本研究により、ホウ素要求量を低下させる新たな原因遺伝子として異なる糖転移酵素遺伝子が同定された。ホウ素の作用点であるペクチン質多糖の変化がホウ素要求量低下を引き起こすことが考察された。
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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
当初の計画に沿って、抑圧変異株の遺伝子の原因変異の同定が進んだ。3株の原因遺伝子の同定に至り、これまで機能が解明されていない遺伝子が原因であることを見出す成果となった。他の抑圧変異株についても原因変異が座上する染色体位置が絞られ、それぞれ異なる位置であることから、新規の原因変異の同定が期待された。また、原因遺伝子が同定された変異株では、細胞壁に注目をした分析を進めた。
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| 今後の研究の推進方策 |
原因遺伝子が同定された変異株に対しては、ホウ素要求量が低下した分子機構を解明することを目指し、ホウ素の作用点である細胞壁に焦点を当てて解析を進める。具体的には、細胞壁における、(a)ホウ素濃度の定量、(b)RG-IIのホウ酸架橋率の測定、(c) RG-II特異的な単糖の定量、(d)細胞壁構成単糖の分析、(e)蛍光免疫染色を行い、細胞壁多糖の量と分布の変化を明らかにする。
原因遺伝子が確定していない変異株に対しては、引き続き候補遺伝子変異を絞りこみ、T-DNA挿入株の取得や相補性試験を通じて、原因変異を同定する。
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