2020 年度実施状況報告書

樹木の節において機能するカリウム回収・分配機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号	19K05750
研究機関	筑波大学
研究代表者	古川純筑波大学, 生命環境系, 准教授 (40451687)
研究期間 (年度)	2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード	樹木 / 休眠 / 元素動態 / カリウム / 節
研究実績の概要	短日環境により休眠が誘導されたポプラでは、PttSKOR-like2というカリウム（K）チャネル様タンパク質をコードする遺伝子が、葉の付け根である“節”で高発現していることを明らかにしていた。本年度実施した抗体染色によるより詳細なタンパク質レベルでの発現部位の解析から、長日条件下においては葉柄に繋がる維管束周辺で局所的に強く発現し、根から吸収されたKを積極的に葉へと輸送する役割が示唆された。短日条件下では篩部組織周辺、特に導管と篩管の間にある形成層で発現誘導が認められる一方で、長日条件下で特徴的に誘導されていた葉柄と繋がる維管束周辺での発現量は抑制されていることが示唆された。また、先行研究で行ったRNA-Seqによる網羅的な遺伝子発現解析から、SKOR以外にも短日条件下の節で遺伝子発現が誘導されるK輸送体を複数見出していた。その一つであるPttNRT1.5-likeについて遺伝子発現解析を行ったところ、SKOR同様に短日移行により転写産物量が増加していることが明らかとなった。シロイヌナズナではSKORとNRT1.5は共通の転写因子であるMYB59によって発現が制御されていると報告されていることから、ポプラにおいても検証したところ、同様にMYB59ホモログの発現が短日条件下の節で増加していることを明らかにした。短日条件下での葉組織からのK回収について知見を得るために、放射性Kによるトレーサー実験により検証したところ、長日条件下ではK投与した葉よりも基部側へ、短日条件下では茎頂側へ優先的に輸送されることが明らかとなり、SKORとNRT1.5がこの輸送方向の制御に関与しているものと予測される。これらの機構は木本植物の冬季環境への適応応答として、カリウム動態を積極的に制御しているという可能性を示していることから、本研究によってより詳細な制御機構が明らかになることが期待される。
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 PttSKOR-like2が実際にKの輸送活性を持つかどうかについて明らかにするために、「新学術領域研究リソース支援プログラム・短寿命RI供給プラットフォーム」より、K-42,43混合線源の供給を受けて動態解析を行った。長日あるいは短日条件下で栽培した個体を用いて葉面投与によるトレーサー実験を行ったところ、野生型のポプラでは長日条件下ではK投与した葉よりも基部側へ、短日条件下では茎頂側へ優先的にKが輸送されることが明らかとなった。またRNAiによるSKOR発現抑制個体においてもKの挙動は野生型と同様であった。導管へのK積み込みというSKORと同様の役割を担うことが予想されるPttNRT1.5-likeの発現量がポプラでも短日条件で増加していたことから、これによってSKORの役割が補われている可能性が示唆された。先行研究で行ったRNA-Seqによる網羅的な遺伝子発現解析から、PttSKOR-like2以外にも短日条件下の節で遺伝子発現が誘導されるK輸送体を複数見出していたため、長日から短日に移行する際のこれら遺伝子発現プロファイルを検証したところ、短日初期に誘導されるものと、後期に誘導され、SKORやNRT1.5と類似した発現パターンを示すものがあることが明らかとなった。SKORとNRT1.5は共通した転写因子の制御下にあることが示唆されることから、後期発現タイプの輸送体についても同様の制御を受けるのか更なる解析が必要である。
今後の研究の推進方策	PttSKOR-like2のK輸送活性解析については、PttNRT1.5-likeによる機能相補が示唆されることから、SKORのRNAi個体を用いた解析ではなくアフリカツメガエルの卵母細胞を用いた電気生理学的解析に注力する。またPttSKOR-like2の発現誘導には転写因子としてMYB59ホモログの関与が予測されることから、MYB59の発現に対する植物ホルモンの影響などを検証する。そのため短日環境での栽培によって休眠誘導されたポプラの節に含まれる植物ホルモンの網羅的定量解析を実施する。シロイヌナズナにおける知見では植物ホルモンのアブシジン酸は根におけるSKORの発現を抑制するとされることから、根と地上部、特に節とは制御機構が異なることも予想される。これにより休眠誘導から植物ホルモンを介した転写因子の発現制御について検証し、短日の検知からPttSKOR-like2の発現誘導の間に存在する制御機構の一端を明らかにする。本研究によりNRT1.5も短日条件下でのＫ輸送に関与していることが予測されることから、PttNRT1.5-likeに対する抗体を作成済みである。R3年度はSKOR同様に抗体染色によるPttNRT1.5-likeの局在解析も実施する。