植物根における栄養屈性に影響を与える環境及び遺伝要因の探索

2018 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K14365
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 山崎 清志 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特任研究員 (20611297)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 栄養屈性 / 栄養応答 / イネ / 根 / 屈性

研究実績の概要

本研究はイネで新規に発見した、植物の根が栄養のある方向に向かって伸びる栄養屈性の解析である。
本研究の目的の一つである、栄養屈性に影響を与える内的要因(遺伝子発現)を明らかにするために、栄養屈性変異体を解析し原因遺伝子候補は1つに絞られた。この遺伝子の破壊系統をCISPR/Cas9システムですでに作出した。次年度にT1種子を取得予定であり、T1個体の栄養屈性が欠損していれば、原因遺伝子の同定となる。
次に栄養屈性に影響を与える外的要因(栄養環境)を明らかにするために、world rice core collectionの中から見出した、種子根において栄養屈性を示す系統を用いて、まず栄養屈性強度の評価方法を確立した。この評価方法を用いれば、どの栄養が栄養屈性強度に影響を与えるかを評価することが可能になり、これにより栄養屈性の屈性刺激であるアンモニウムに加えて、リンが致命的な影響を与えることを明らかにした。すなわち、リンが栄養源に存在しない場合、屈性刺激があったとしても栄養屈性強度は激減し、リンが存在する場合、濃度に応じた屈性強度を示す。さらに様々なアンモニウム＋リン濃度を栄養源を用いて栄養屈性強度を評価した結果、光屈性や生物の様々な感覚系で見られる脱感作現象が栄養屈性にもみられ、栄養屈性を強く刺激する栄養源の条件が、屈性刺激であるアンモニウムとリンの相互作用により変動することが示唆された。
次にこの評価系を用いて、栄養屈性強度の異なる系統のF3集団の中から、栄養屈性強度の高い系統と低い系統のスクリーニングにより、それぞれ十数系統取得できた。次年度にはこれらからバルク抽出したゲノムDNAを次世代シーケンシングに供し、アソシエーション解析を行う。

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

概ね計画通りに進捗している。ただし、当初予期しなかった栄養屈性におけるリンの役割が明らかになったため、栄養屈性を強く示す系統とほとんど示さない系統を用いたトランスクリプトーム解析を保留した。リンとアンモニウムのどのような相互作用が栄養屈性の強さを向上しているのか、について詳細に調査したのちに、より有用なトランスクリプトームデータが得られるよう、解析用のサンプリング条件を決定したい。

今後の研究の推進方策

栄養屈性に影響を与える内的要因について、
栄養屈性原因遺伝子候補の破壊系統T0からT1種子を採取し、栄養屈性変異体の原因遺伝子同定を目指す。栄養屈性を強く示す系統とほとんど示さない系統の交配F3集団について栄養屈性強度の評価が完了と栄養屈性を強く占めるバルク集団と弱いバルク集団からDNA用の葉サンプルも回収したので、これらからバルクDNAを回収しアソシエーション解析を行い、原因QTLまたは遺伝子の同定を進める。
栄養屈性に影響を与える外的要因について、新たに判明した栄養屈性におけるリンの役割を明らかにし、なぜリンがあるとアンモニウムの濃度勾配に反応しやすくなるのか？を追及する。その後、今年度に実施できなかったトランスクリプトーム解析を進める。

次年度使用額が生じた理由

屈性刺激であるアンモニウムを含む複合栄養(MS塩類)を栄養源として栄養濃度勾配に曝した根のトランスクリプトーム解析を当該年度に計画していた。本研究において栄養屈性がアンモニウムの他に、リンが栄養屈性に致命的な影響を与えることを発見したため、トランスクリプトーム解析用のRNAサンプルは、この影響を勘案した実験条件で回収すべきと判断した。したがってトランスクリプトーム解析のためのRNAシーケンシングを次年度に行うこととし、未使用額はその経費に充てる計画である。