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2020 年度 実施状況報告書

アルミニウム耐性遺伝子のシグナル伝達を介した転写活性化機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 19K05753
研究機関岐阜大学

研究代表者

小林 佑理子  岐阜大学, 応用生物科学部, 准教授 (40610952)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワードアルミニウムストレス / ゲノムワイド関連解析 / シロイヌナズナ / シグナル伝達 / 転写因子 / ホスホイノシチドシグナル / NOシグナル
研究実績の概要

日本を含む世界に分布する酸性土壌では、主に可溶化するアルミニウム(Al)が植物の生育を著しく阻害するため、安定した植物生産のためには中和石灰などの施肥が必要になる。したがって植物のAl耐性改良は低エネルギー投入による生産性向上への貢献が期待される。Al耐性は複数の遺伝子に制御され、それらの発現制御調節は育種上有用であると考えられる。本研究では、Alストレスシグナル感知やシグナル伝達を介した転写活性化機構を明らかにすることを目的とした。
これまでに、Alストレス下で遺伝子発現が上昇するAl耐性遺伝子であるABCトランスポーター、ポリガラクツロナーゼ阻害タンパクをコードする遺伝子の発現量ゲノムワイド関連解析から、新規転写因子を含む発現調節因子を明らかにした。それらは、多くの植物に保存されているAl耐性遺伝子STOP1転写因子に依存性のカルシウムシグナル、ホスホイノシチドシグナルや、非依存性の一酸化窒素(NO)シグナルが関与していた。さらに、それらのシグナル伝達因子の発現量差異はAl耐性と関連していた。一方、先行して実施したケミカルスクリーニングから同定した、Alシグナルに関与するプロテインカイネース遺伝子の解析を進めた。また、シロイヌナズナの地理的遺伝的に異なる集団間の比較トランスクリプトーム解析から、発現変動遺伝子や耐性感受性系統の発現差異は集団間で重複するものが少なく、集団に特異的なAl耐性を規定する転写応答システムの存在が示唆された。

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

ゲノムワイド関連解析によりAlシグナル伝達に含まれる遺伝子を複数特定した。そのうち新規6遺伝子は遺伝学的に証明した。また新規変異体の解析から候補遺伝子を絞って転写活性化因子の同定を進めている。系統間差のトランスクリプトームからAl耐性遺伝子に関連する転写ネットワークの同定やAl耐性を規定する遺伝子の同定を進めている。これらに関して、2報国際誌に発表、1報投稿中、3報論文準備中である。一方、順調に遺伝子同定が進まないケースがあり、機能解析に至っていない点がある。

今後の研究の推進方策

最終年度は、変異体の解析および系統間差のトランスクリプトーム解析からの転写応答システムの解明に注力して進める。

次年度使用額が生じた理由

新型コロナ感染拡大の影響で使用できない経費が生じたため。論文投稿が遅延したため。今年は、可能となれば研究打ち合わせ、学会などへの出張旅費、論文投稿費用等に使用する計画である。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 2件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (4件)

  • [雑誌論文] Expression genome-wide association study identifies that phosphatidylinositol-derived signalling regulates ALUMINIUM SENSITIVE3 expression under aluminium stress in the shoots of Arabidopsis thaliana2021

    • 著者名/発表者名
      Sadhukhan Ayan、Agrahari Raj Kishan、Wu Liujie、Watanabe Toshihiro、Nakano Yuki、Panda Sanjib Kumar、Koyama Hiroyuki、Kobayashi Yuriko
    • 雑誌名

      Plant Science

      巻: 302 ページ: 110711~110711

    • DOI

      10.1016/j.plantsci.2020.110711

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A single‐population GWAS identified AtMATE expression level polymorphism caused by promoter variants is associated with variation in aluminum tolerance in a local Arabidopsis population2020

    • 著者名/発表者名
      Nakano Yuki、Kusunoki Kazutaka、Maruyama Haruka、Enomoto Takuo、Tokizawa Mutsutomo、Iuchi Satoshi、Kobayashi Masatomo、Kochian Leon V.、Koyama Hiroyuki、Kobayashi Yuriko
    • 雑誌名

      Plant Direct

      巻: 4 ページ: e00250

    • DOI

      10.1002/pld3.250

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Genome-wide Association Studies of Agronomic Traits Consisting of Field- and Molecular-based Phenotypes2020

    • 著者名/発表者名
      Nakano Yuki、Kobayashi Yuriko
    • 雑誌名

      Reviews in Agricultural Science

      巻: 8 ページ: 28~45

    • DOI

      10.7831/ras.8.0_28

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] ストレス耐性における転写因子STOP1の多面発現と核集積および制御遺伝子の関係2020

    • 著者名/発表者名
      長谷川 莉子, 榎本 拓央, Raj Kishan Agrahari, 伊藤 弘樹, 井内 聖, 小林 正智, 小山 博之, 小林 祐理子
    • 学会等名
      日本土壌肥料学会2020年度岡山大会
  • [学会発表] シロイヌナズナのアルミニウムストレスに応答する根系構造のナチュラルバリエーション解析2020

    • 著者名/発表者名
      多井 紫織, 中野 友貴, 小山 博之, 小林 佑理子
    • 学会等名
      日本土壌肥料学会2020年度岡山大会
  • [学会発表] 転写因子STOP1の制御する植物のアルミニウム耐性機構の起源と進化2020

    • 著者名/発表者名
      丸山 春花, 渡邉 ひかり, 井内 聖, 小林 佑理子, 小山 博之
    • 学会等名
      日本土壌肥料学会2020年度岡山大会
  • [学会発表] ゼニゴケにおけるSTOP1相同遺伝子の機能解析2020

    • 著者名/発表者名
      渡邉 ひかり, 伊藤 清貴, 丸山 春花, 井内 聖, 小林 佑理子, 小山 博之
    • 学会等名
      日本土壌肥料学会2020年度岡山大会

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公開日: 2021-12-27  

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