| 研究課題/領域番号 |
17H03754
|
|---|
| 研究機関 | 北海道大学 |
|---|
研究代表者 |
藤野 介延 北海道大学, 農学研究院, 准教授 (80229020)
|
|---|
| 研究分担者 |
津釜 大侑 北海道大学, 農学研究院, 助教 (10726061)
森下 敏和 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 北海道農業研究センター, グループ長 (30414949)
山田 哲也 北海道大学, 農学研究院, 講師 (70374618)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
|
| キーワード | 果皮 / 裂莢性 / ダイズ / ダッタンソバ |
|---|
| 研究実績の概要 |
植物の種子の拡散や維持に深く関わっている組織の一つは、子房壁が発達した果皮である。作物にとって、植物が本来持つ種子を拡散させる能力は、収量や品質を著しく低下させ、輪作の栽培体系に於いては次年度の雑草発生の要因となる。
ダイズのように、近年の栽培体系の変化により今まで問題にならなかった裂莢性が新たに大きな問題となっている作物もある。ダイズの裂莢は乾燥にともなう莢の捻れならびに縫合線部分の細胞壁構造が主原因であると予想され、これには主に莢のリグニン構造が大きく関与していると考えられる。裂莢性が異なるNILの莢ならびに形質転換体から、裂莢の難易に対し特異的に変化を示す物質の単離・精製を行い、得られた結果を基にPdh1遺伝子産物の代謝経路を特定を試みている。
ダッタンソバにおいては、果皮の裂開に差が生じる「満天きらり」と「ライスタイプ固定系統」の開花後の７日目の果皮よりRNAを抽出し、シロイヌナズナの角果形成に関与する遺伝子のオーソログの発現解析を行った。INDEHISCENT, FRUITFULLに関して「ライスタイプ」での発現が確認できなかった。組織的観察では開花後8日目の「満天きらり」の果皮では、将来厚壁組織になる数層の柔組織が観察された。表皮に近い2-3層の柔組織は、開花後14日目において厚壁細胞へ発達し、開花後43日目にはリグニンの蓄積が観察された。「ライスタイプ」においても同様に層状の柔組織が観察されたが、「満天きらり」と比較すると厚みが薄く、開花後14日目において厚壁細胞への発達は見られず、成熟後もリグニン化が確認されなかった。最終的に二次細胞壁が発達する細胞層は開花時に両系統間ですでに形態的に差があることが確認された。これらのことからダッタンソバの果皮の発達はシロイヌナズナのものとは異なることが予想された。
|
| 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
本研究では果皮の裂莢・裂開機構を生理的に解析するため、ダイズでは裂莢性関連遺伝子Pdh1に関するNILを圃場・培養庫にて栽培した。未熟な莢より重合が進んでいないリグニン関連物質などを抽出し、NIL間で相違のあるピークの採取を行っている。またPdh1を過剰発現させたタバコ培養細胞BY-2の形質転換体から粗酵素分画を抽出し、モノリグノールを基質として同一の代謝産物が検出されるか確認を行っている。
莢のリグニンの関与を調べるため、リグニン合成の初期段階に関与するPAL遺伝子の発現抑制を試みた。莢で特異的に発現するPdh1遺伝子プロモーターの下流にRNA干渉を起こすべくPAL遺伝子を配置したベクターを製作しているが予想外に時間がかかり、形質転換体の作成が遅れている。
「満天きらり」と「ライスタイプ固定系統」の蕾よりDNAの抽出を行い、全ゲノム解析を行った。また開花後7日目の両系統の果皮からRNAを抽出し、シロイヌナズナの角果形成に関与する遺伝子のオーソログの半定量RT-PCRを行った。その結果、INDEHISCENT, FRUITFULLに関して「ライスタイプ」での発現が確認できなかった。開花後8日目の「満天きらり」の果皮では、将来二次細胞壁が発達し厚壁組織になる数層の細胞で構成された柔組織が観察された。開花後14日目において厚壁細胞へ発達し、開花後43日目にはリグニンの蓄積が観察された。「ライスタイプ」においても同様に層状の柔組織が観察されたが、「満天きらり」と比較すると層が薄く、開花後14日目において厚壁細胞への発達は見られず、開花後43日目においてリグニン化が確認されなかった。最終的に二次細胞壁が発達し厚壁組織になる細胞層は開花時にすでに両系統間で差があることが確認された。
|
| 今後の研究の推進方策 |
ダイズの裂莢性の難易は乾燥にともなう莢の捻れならびに縫合線部分の細胞壁構造が主原因であると予想され、これには主に莢のリグニン構造が大きく関与していると考えられる。裂莢性が異なるNILの莢ならびに形質転換体から、裂莢の難易に対し特異的に変化を示す物質の単離・精製を行い、得られた結果を基にPdh1遺伝子産物の代謝経路を特定する。この推定される代謝経路をin vitroにおいて再現しPdh1の機能を解析する。現在継代中の35Sプロモーターの下流にPdh1遺伝子を組込んだタバコ培養細胞BY2よりPdh1の単離精製を行い、リグノールの酸化経路に対しPdh1を供試して、この代謝物（フェニルプロパノイド代謝物）をHPLC、GC/MS等を用いて確認する。これによりPdh1の生理機能の実体とダイズから得られた代謝産物の解析をまじえて、莢におけるフェニルプロパノイド代謝経路を明らかにする。
リグニン合成経路の初期段階に関与する遺伝子、PAL等の遺伝子のノックダウンを行うよう、Pdh1のプロモーター領域の発現下においたRNAi用のベクターを構築し、形質転換体の作成を行う。
またダッタンソバにおいては、開花時にすでに違いが見られた果皮における遺伝子発現を解析するため、ライスタイプとそうでないものの開花時の花器官より総RNAを抽出し、RNAseqを行う。系統間で特異的に発現する遺伝子について、果皮形成時のより精細な遺伝子発現解析を行い、候補遺伝子の絞込みを行う。両系統の交配により作成したF1、F2後代に対し、得られた候補遺伝子についての遺伝解析を行い、得られた情報を基に最終的に遺伝子マーカーの作成を目指す。
|
