| 研究課題/領域番号 |
19K06329
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
藤井 伸治 東北大学, 生命科学研究科, 准教授 (70272002)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 水分屈性 / 重力屈性 / 根 / シロイヌナズナ / オーキシン輸送 / GWAS |
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| 研究実績の概要 |
植物の根は養水分の吸収に機能するため、土壌中での根系の形成は、植物体の生育に重要である。根の伸長方向の決定は、屈性により制御され、土壌中での根系の形成・発達に影響すると考えられる。植物の根の重力屈性に対する水分屈性の強度に種間差が存在する。すなわち、エンドウ、キュウリなどの比較的大きな草本植物 (大型草本植物) では、水分屈性に比べて重力屈性が強く発現するのに対し、シロイヌナズナ、ミヤコグサなどの小さな草本植物 (小型草本植物) や、大型草本植物と小型草本植物の中間の大きさのイネでは、重力屈性に比べて水分屈性が強く発現する。このことから、大型草本植物の根では、水分屈性の発現に比べて重力屈性がより強く発現し、根を地中深くまで侵入させた後に、根系を発達させ、より多くの養水分を吸収し、地上部の活発な成長を支えていると予想される。また、エンドウ、キュウリ (大型草本植物) とイネ (大型草本植物と小型草本植物の中間の大きさ) では、オーキシン輸送依存的に根の水分屈性が発現するが、シロイヌナズナ、ミヤコグサ (小型草本植物) では、オーキシン輸送非依存的に水分屈性が発現する。しかしながら、これらの知見は異なる植物種 (イネ、キュウリ、エンドウ、ミヤコグサ、シロイヌナズナ) 間の比較であり、本知見の分子生物学的な理論への発展が困難である。そこで、本研究では、同一植物種の異なる系統での重力屈性と水分屈性の強度の差異、および、根の水分屈性のオーキシン輸送阻害剤の感受性を比較し、GWASにより、根の重力屈性と水分屈性の相互作用に影響を与える遺伝子、および、根の水分屈性のオーキシン輸送依存性に影響を与える遺伝子を探索・同定し、これらの遺伝的差異が根の屈性が根系の形成・発達と植物体の生育に与える影響を明らかにする。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
4: 遅れている
理由
新型コロナ感染症の影響で、2020年4月に来日予定だった留学生が2020年12月に、2020年10月に来日予定だった留学生が2020年11月に入国し、研究計画の実施がさらに遅延してしまった。両者ともに2週間の隔離期間の後、シロイヌナズナの根の水分屈性の実験系の習熟に努めてもらった。また、ソルビトールを含まない寒天とソルビトールを含む寒天を張り合わせ水分勾配を形成させる水分屈性の実験系 (split-agar system) で水分屈性による屈曲角度のシロイヌナズナのaccession (エコタイプ) 間差 (Wassilewskija (Ws) ≧ Columbia (Col-0) > C24) が認められることが報告されている (Miao et al., Plant Physiol. 2018. 176(4):2720-2736)。本年度、本実験結果の再現性を確認するとともに、密閉したアクリルチャンバー内で水分勾配を形成させ、気中で根の水分屈性を発現させる実験系 (hanging system) でも、同様のaccession (エコタイプ) 間差が認められることを確認した。
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| 今後の研究の推進方策 |
<i-a> シロイヌナズナの200 以上のaccessionを用いて、split-agar systemにより水分屈性による屈曲角度を解析する。そして、得られた屈曲角度の解析結果を用いて、GWASを行い、水分屈性と重力屈性の発現の強弱に影響を与える遺伝的差異を見出す。
<i-b> 水分屈性能が高いaccessionのWsと、水分屈性能が低いaccessionのC24を交配し、F1とF2での水分屈性による屈曲角度を測定し、水分屈性に影響を与える遺伝的差異の遺伝様式と、その差異を担う遺伝子数を検討する。そして、可能であれば水分屈性能の高低を担う遺伝子の同定を試みる。
<ii-a> 昨年度の計画では、根の水分屈性のオーキシン輸送阻害剤の感受性の系統間差の検出にはTIBA、あるいはHFCAを用いると記したが、NPAを用いることにより、根の重力屈性のオーキシン輸送阻害剤の感受性のaccession間差を解析した先行研究 (Ogura et al., Cell 2019. 178(2):400-412.e16) との比較が可能になる。そこで、200以上のaccessionを用いて、NPAを添加した培地上での水分屈性による屈曲角度を測定し、得られた結果を用いて、GWASを行い、根の水分屈性のNPA感受性に影響を与える遺伝的差異を見出す。
<ii-b> Ogura et al. (2019) は、細胞膜への分泌小胞の繋留を担うExocyst複合体の構成因子であるEXO70A3遺伝子でのaccession間の塩基配列の差異が、シロイヌナズナの根の重力屈性のNPA感受性に影響を与えることを見出した。そこで、EXO70A3遺伝子でのaccession間での差異が、シロイヌナズナの根の水分屈性のNPA感受性、および水分屈性と重力屈性の相互作用に影響を与える影響を解析する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
新型コロナ感染症の影響で研究活動が制限されたため、計画通りに助成金を使用できなかった。本年度、適切に助成金を使用し、研究の遅延を改善する。
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