| 研究課題/領域番号 |
21K05555
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| 研究機関 | 帯広畜産大学 |
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研究代表者 |
春日 純 帯広畜産大学, 畜産学部, 助教 (40451421)
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| 研究分担者 |
鈴木 卓 北海道大学, 農学研究院, 教授 (30196836)
高橋 大輔 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (20784961)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | ブドウ / 耐寒性 / 冬芽 / 過冷却 / 組織構造 |
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| 研究実績の概要 |
ブドウでは、冬芽の耐寒性が個体全体の越冬性を決める鍵因子だと考えられている。ブドウの冬芽の耐寒性は厳冬期に最大となり、春に脱馴化によって低下する。本研究では、脱馴化過程における耐寒性の低下機構の解明を目指し、特に冬芽の基部の構造変化について調べている。この部位は、氷点下温度において枝のアポプラストで形成された氷から過冷却で凍結を回避する冬芽内の原基へと凍結が拡大するのを防ぐバリアとして働くと考えられる。
高耐寒性品種‘山幸’の冬芽は厳冬期に-30℃程度まで過冷却できる能力を獲得するが、このような低温まで冬芽の基部の組織が凍結の拡大を防ぐバリアとして働くためには、そこにある微細孔の最大径が数ナノメートル未満である必要がある。そこで、高い耐寒性を持つ冬芽の基部の組織に既知の分子量を持つ蛍光色素を染み込ませて、蛍光色素の直径から組織に存在する微細孔の径を推測した。分子量が400にも満たないフルオレセインの溶液に冬芽を浸漬したところ、基部組織への蛍光色素の染み込みが見られたが、分子直径がおよそ3 nmである分子量3,000のデキストランに結合したフルオレセインは冬芽の基部に染み込まなかった。この結果から、山幸の冬芽の基部の組織に存在する微小孔の直径は3 nm未満であることが示唆された。現在、インキュベータを用いた人為的な脱馴化処理で冬芽基部の組織の微小孔サイズが変化するのかを調べている。
また、冬芽の基部の組織に道管が形成されると凍結の拡大に対するバリア機能が失われると考えられることから、人為的な脱馴化処理による冬芽内部での道管形成の過程を調べた。その結果、20℃での脱馴化処理では、山幸の冬芽は7日目以降に道管が通水機能を獲得することが分かった。7日間の脱馴化処理で耐寒性はおよそ15℃低下したが、この低下は細胞内溶質の低下など、道管形成以外の要因によるものだと考えられた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
冬芽の基部の組織に存在する微小孔サイズの測定は、組織に染み込むことができるポリエチレングリコールの分子サイズをMALDI-TOF質量分析で決定することのみで行うことを当初予定していたが、それに加えて、蛍光顕微鏡により蛍光色素が結合したデキストランが組織に染み込むことができるのかを観察する実験も行うことにした。これにより、異なる方法での結果の2重チェックができるようになったとともに、質量分析を行う前に、処理条件の予備試験などができるようになった。
過冷却で凍結を回避する樹木の冬芽の脱馴化過程における道管形成については、これまでにPrunus属樹種とヨーロッパトウヒについての報告がある。それらの報告では、いずれも冬芽が高い過冷却能力を示す時期には冬芽内で道管の特徴を持つ細胞の存在は確認されていなかったが、本研究では、耐寒性が最大まで上昇した冬芽で二次壁形成やリグニン沈着という道管の特徴を持つ細胞が見られた。しかし、道管要素が細胞質を失い、通水機能を獲得するのは脱馴化がだいぶ進んでからであり、ブドウではPrunus属樹種やヨーロッパトウヒとは異なり、耐寒性が高い時期には道管要素の分化過程が進んでいるものの、通水機能を獲得することで道管は凍結の拡大経路となることが示唆された。この結果については、すでに原著論文の執筆を始めている。
冬芽基部の透過型電子顕微鏡観察については、当初の計画では2022年に開始予定であったが、2021年から開始した。他の実験については当初の予定通りに進んでおり、全体として非常に順調に進んでいる。
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| 今後の研究の推進方策 |
蛍光色素が結合したデキストランや組織切片のイメージングができるMALDI-TOF質量分析器を使うことにしたことで、バリア機能の高さを決定する微小孔の存在部位を推測することが可能になった。そこで、今後は冬芽の基部の組織全体を観察するのではなく、バリア機能への影響が大きい部位に注目して、構造変化を観察する。また、インキュベータを用いた脱馴化処理で起こる変化のみではなく、脱馴化した後に再び耐寒性が上昇する再馴化過程や、屋外のブドウの冬芽が季節的に馴化する過程において冬芽で起こる変化にも注目する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
新型コロナウィルスの流行で参加した学会がオンライン開催となり、また、実験や打ち合わせのための出張を何度かキャンセルしたため、予定した旅費がかからなかった。2021年度に購入を予定していたペクチン抗体の購入の一部を2022年度に購入することにした。
2022年に本研究で用いるペクチン抗体を揃え、免疫染色を開始する。また、2021年に行うことができなかった質量分析のための研究代表者の北海道大学への出張を実施するとともに、そこで行う実験に必要な質量分析用の導電性スライドガラスなど高額の消耗品の購入を行う。
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