| 研究課題/領域番号 |
18K06380
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| 研究機関 | 京都教育大学 |
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研究代表者 |
藤浪 理恵子 京都教育大学, 教育学部, 講師 (40580725)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 形態進化 / 分枝 / 根 / 茎 |
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| 研究実績の概要 |
私たちが普段目にしている植物は、一見複雑な外見をしているように見えるが、根、茎、葉という３つの基本的な器官の組み合わせによってつくられる。多様な形を生み出す要因の一つとして「分枝」という特徴があり、多くの維管束植物（シダ植物、裸子植物、被子植物）は種ごとや生育環境など様々な状況に応じて、根と茎を分枝させ、植物体を形づくる。植物の分枝の進化的な歴史は古く、約４億年前にコケ植物段階からシダ植物段階へと進化した時、１本の胞子体の軸が二又に枝分かれ（分枝）したと考えられている。分枝の形態を獲得後、茎、葉、根が進化して維管束植物の多様な形態が生じたと推定されていることから、分枝は植物進化にとって重要な形質である。しかし、初期の維管束植物の分枝がどのように生じて進化したのかという道筋は未だ明らかではない。分枝の形態進化を解明するために、鍵を握るのがシダ植物小葉類である。小葉類は現生の維管束植物の中で最も原始的な形質を残しており、二又分枝する。さらに、二又分枝だけでなく多様な分枝様式ももつ可能性が推測され、初期の維管束植物の分枝の進化過程を推定する上で、非常に良いモデルとなり得る。本研究では、シダ植物小葉類の根と茎の分枝の形態進化を解明することを目的とし、根と茎の分枝時における頂端分裂組織の動態について、EdU蛍光法とRNA in situ Hybridization法、および植物ホルモンの投与実験を行い、発生解剖学的に解析を行っている。現在、EdU蛍光法とオーキシン投与実験から、小葉類は他の維管束植物とは異なる独自の分枝形成機構をもつ可能性が推測され、更なる解析を行っている。
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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
当該年度は、シダ植物小葉類3科のうち、ヒカゲノカズラ科に属するヒカゲノカズラとトウゲシバの根を用い、野外および実験室内に設置した人工気象器内でEdU溶液を取り込ませ、根頂端分裂組織の分裂動態を解析するための試料を作成し、細胞分裂頻度と変化を発生段階順に解析した。ヒカゲノカズラについては分枝時に静止中心様領域内に分裂組織が出現することが明らかになっており、分枝のタイミングにおける新規分裂組織の形成メカニズムについてさらに詳細な解析を進めている。また、トウゲシバの根は、ヒカゲノカズラと同様に二又分枝するが、静止中止様領域をもたず、根頂端分裂組織はランダムに分裂活性を維持している。しかし、分枝時には根頂端分裂組織中央部に、並層分裂を行う細胞群が出現することが観察され、ヒカゲノカズラと同様の仕組みで二又分枝する可能性が見出されたため、解析を同様に進めている。今後、トウゲシバに似た根頂端分裂組織の構造をもつミズニラ科と、１つの頂端細胞をもつイワヒバ科を用い、分枝形成を比較する予定である。EdU蛍光法とともに、当該年度においてオーキシン処理による根の形態形成の解析実験を試みた。ヒカゲノカズラとトウゲシバを野外から採集し、シダ植物の培養に用いられているParker and Tompson培養液内に根を浸漬させ、2週間から約1か月程度、人工気象器内で培養した。オーキシン処理は合成オーキシンNAAとオーキシン阻害剤NPAで行い、濃度条件を設定し、根の成長に及ぼすオーキシンの影響について観察を行った。現在、ヒカゲノカズラとトウゲシバで、根頂端分裂組織の肥大化や不定根形成などの反応がみられている。各オーキシン実験条件における根の形態形成についてEdU蛍光法を用いた動態解析も組み合わせて解析を進めている。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究の2年目として、EdU蛍光法を用いた根の分裂動態解析をヒカゲノカズラ科に加え、ミズニラ科（ミズニラモドキ）とイワヒバ科（コンテリクラマゴケ）で行う。イワヒバ科は、シダ植物大葉類と同様に1つの頂端細胞をもつ構造であるため、小葉類と大葉類の根の形成を比較するうえでも重要である。オーキシン処理実験は、初年度の結果をふまえ、さらにヒカゲノカズラとトウゲシバの根の二又分枝時におけるオーキシンの影響について解剖学的解析と細胞分裂動態解析を進める。さらに、根の形態形成のオーキシンの働きは、モデル植物での理解が大きく進んでいる。その知見から、シダ植物小葉類の二又分枝の形成にどのようにオーキシンが関与しているのか、関連する発現遺伝子群の存在や機能について検討を行う予定である。小葉類の茎の分枝様式については、RNA in situ Hybridization法による発現解析を準備中である。これまでの研究から、小葉類の茎の分枝は、不等分枝するヒカゲノカズラと均等二又分枝するトウゲシバの茎頂分裂組織の動態を明らかにすることが重要であると考えている。したがって、この2種を重点的に解析する予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当該年度実施予定であった、遺伝子発現解析実験が植物試料の採集と準備が当初の予定よりも遅れたため、実験に必要な物品などを次年度に使用することとなったためである。次年度は、遺伝子発現解析のための準備として、必要な試薬および器具類を購入する。さらに新たな知見として得られた小葉類の根におけるオーキシンの機能について解析を進めるために、組織レベルでの形態観察と分子遺伝学的解析を用いた実験を行う。そのため、植物培養及び解剖学的解析に用いる機器と器具類、試薬などを整える予定である。
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