| 研究課題/領域番号 |
18K06299
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| 研究機関 | 関西学院大学 |
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研究代表者 |
武田 直也 関西学院大学, 理工学部, 准教授 (60571081)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 植物微生物相互作用 / 共生 / アーバスキュラー菌根菌 / 根粒菌 |
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| 研究実績の概要 |
植物はアーバスキュラー菌根（AM）菌とのAM共生や根粒菌との根粒共生により効率的に養分を得ることができ、生育・環境適応に大きな恩恵を受けている。この共生の成立過程では、双方の共生体において共生シグナル分子を介した相互認識が行われる。AM・根粒両共生における共生応答反応「カルシウム振動」は、宿主細胞内のCa2+濃度が周期的な変動を示す現象であり、その特徴的な振動パターンが共生シグナル情報をコードすると考えられている。本研究ではバイオイメージングとトランスクリプトーム解析により、カルシウム振動制御下にある共生遺伝子を同定し、その機能からセカンドメッセンジャーとして幅広い役割を持つCa2+が、振動現象によってコードした共生シグナル情報を解読することを目的としている。
まず、共生菌との最初の相互作用の場となる表皮細胞での遺伝子発現情報を得るため、表皮細胞組織の単離法の検討と、その細胞からのRNA抽出を行った。表皮組織の単離は、すでに報告のあるいくつかの方法を検討し、根を液体窒素中で攪拌する方法が最も効率的に多くの根毛細胞を得られることが分かった。この方法を用いて得た根毛細胞からのRNA抽出については、特殊な方法ではなくRNeasy microキットを用いることで、トランスクリプトーム解析を行うのに必要な濃度、量、質のRNAを得ることができた。このRNAを次世代シーケンサーによるRNA-seqに供して、トランスクリプトームデータを得ることができた。現在はそのデータ解析を行っている。
そのほか、共生変異体におけるカルシウム振動について解析を行い、カルシウム振動の有無やその振動パターンを計測している。トランスクリプトーム解析で得られたカルシウム振動応答性の遺伝子候補を同定した際に、これらのカルシウム振動の有無やパターンとの相関についても解析を行っていく。
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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
本課題の目的であるカルシウム振動に制御される共生応答の解析として、遺伝子発現に注目した解析については、根毛1組織におけるトランスクリプトーム解析を行うことができている。組織別のトランスクリプトーム解析は技術的に困難であることが予想されたが、比較的早くそのデータを得ることができた。そのデータの解析から、カルシウム振動応答性の共生遺伝子候補を同定することができ、翌年度以降に次のステップの解析に進むことが可能である。また、次の「今後の研究の推進方策」で説明する特殊な共生変異体の解析を加えることができたため、この変異体における共生応答との関係についての解析結果も、今後の研究の進捗に大きく貢献するものと考えられる。カルシウム振動のイメージングによる解析については、ほぼ予定通りの進捗状況であることから、おおむね順調に研究が進んでいると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
カルシウム振動の発生には表皮細胞におけるNod ファクターの受容が重要な起点となっている。この受容体タンパク質であるNod factor Receptor 1 (NFR1)の変異体ではNod factorに応答したカルシウム振動は発生せず、以降の共生応答や根粒形成が進行しない。しかし、nfr1変異体の中から、根粒形成は起こらないがNod factorに応答したカルシウム振動が生じる変異体を同定した。この変異体におけるトランスクリプトーム解析から、共生応答とカルシウム振動と共生遺伝子発現に関する知見が得られることが期待できることから、今後はこの解析も加えることで、研究を推進させていく。
同じく共生応答によりカルシウム振動を引き起こすイネにおけるスパイキングパターンの解析にも着手する。イネではNFR1のホモログであるCERK1やCEBIPが病原応答やAM菌シグナルに関与するキチンに対する応答を担うことが知られており、その中でもcerk1変異体ではキチンによるカルシウム振動の誘導が起こらない。そのため、ミヤコグサで同定したカルシウム振動応答性の遺伝子のホモログを検索し、cerk1やcebipにおけるその遺伝子発現を解析することで、カルシウム振動によって制御される遺伝子の同定に役立てる。
次年度は１細胞におけるトランスクリプトーム解析にも挑戦していくが、1組織におけるトランスクリプトームデータから遺伝子候補を同定し、その1細胞における挙動を個別に調べていくことでも、1細胞におけるカルシウム振動と遺伝子発現との関係を明らかにすることができる。そのため、来年度はこれらの両方の研究アプローチを継続して行っていく。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
購入予定の機器の発注をかけていたが、製造の遅延があり、翌年度に納品になった。遅延した期間は代替機の貸し出しを受け、すでに機器も納品されていることから、研究の遂行に問題はなかった。
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