| 研究課題/領域番号 |
21K06250
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| 研究機関 | 愛媛大学 |
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研究代表者 |
金田 剛史 愛媛大学, 理工学研究科(理学系), 講師 (70301752)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2026-03-31
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| キーワード | アサガオ / 蔓植物 / 植物ホルモン / 微小管 / 回旋運動 |
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| 研究実績の概要 |
蔓植物には、園芸・教育上および農業的に有用な植物が多数ある。蔓の巻き付きの仕組みについては現在に至るまでほとんど明らかにされていない。本研究は、蔓が支柱に「巻き付く」という特殊な形態をとる仕組みについて解明し、有用な蔓植物を有効に活用するための基盤的な知見を得ることを目的とし、蔓の巻き付きのメカニズムについて生理学的および分子生物学的な手法により明らかにする。
本年度は主に植物ホルモンのオーキシンおよびエチレンと蔓の巻き付きとの関連性について調査を行った。オーキシン応答性プロモーターの制御下にマーカーとしてβ-グルクロニダーゼ（GUS）の遺伝子をつないで導入したアサガオの形質転換体を作製し、蔓の巻き付きの際にオーキシンが働いている組織の特定を試みた。アサガオの蔓が支柱に巻き付き始める部分ではフック状の屈曲が見られ、この部分では曲がりの外側にオーキシンが作用していることを示すGUS活性が強く見られた。このオーキシンの働きの差による偏差成長が、蔓のこの部位での屈曲を引き起こし、支柱への巻き付きを補助している可能性があると考えられる。
さらに、一般に植物の接触形態形成に関わっているエチレンの生合成の鍵酵素であるACC合成酵素の遺伝子の発現に関して、定量的RT-PCR法により調べた。アサガオの全ゲノムにはACC合成酵素の遺伝子が17個存在するが、巻き付いている蔓で発現量が減少しているものと巻き付いている蔓において支柱と接触している側の組織で発現量が増加しているものがそれぞれ1つあることが分かった。また、アサガオの植物体から切り出した蔓にジベレリンを与えることで伸長や巻き付きを起こすことができるという現象を利用して、エチレン作用阻害剤処理により巻き付きが緩くなることを確認した。これらの結果から、エチレンが蔓の巻き付きを強くすることに関係していることが示唆される。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
蔓の巻き付きに関連した植物ホルモンの探索およびその働きの解析について、オーキシンの局在解析に強力なツールとなるオーキシン応答性プロモーターの制御下にマーカーとしてβ-グルクロニダーゼ（GUS）の遺伝子をつないで導入したアサガオの形質転換体を作製し、十数系統の形質転換体を得た。本年度は蔓の先端部の解析を行ったが、今後、蔓の回旋運動や重力感知によるオーキシンの局在変化について、この形質転換アサガオで調査が可能となった。現在、種子の採取により解析に十分な個体数の確保を行っている。また、エチレン合成に関連した酵素の遺伝子の発現解析を行い、エチレンの生合成の鍵酵素であるACC合成酵素の遺伝子の発現に関して、巻き付いている蔓で定量的RT-PCR法により調べた。アサガオの全ゲノムにはACC合成酵素の遺伝子が17個存在するが、巻き付いている蔓で発現量が減少しているものと巻き付いている蔓において支柱と接触している側の組織で発現量が増加しているものがそれぞれ1つあることを見出した。また、アサガオの植物体から切り出した蔓にジベレリンを与えることで伸長や巻き付きを起こすことができるという現象を利用して、エチレン作用阻害剤処理により巻き付きが緩くなることを確認した。これらのことから、エチレンが巻き付きを強くすることに関係していることを示唆する基本的な結果が得られており、順調に成果が得られていると考えられる。
アサガオの形質転換体の作製法についても、液体培養を用いる方法で、比較的効率よく形質転換体をえられる条件を見出し、実際にオーキシンの局在解析で利用できる形質転換体の作製に成功した。この点でも順調に進展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
オーキシンの作用する組織をβ-グルクロニダーゼ（GUS）をマーカーとして確認できるアサガオの形質転換体を作製できたので、この形質転換体を用いて蔓の回旋運動や重力感知によるオーキシンの局在変化について調査を行い、巻き付きとの関係についてさらに調査を行う予定である。また、一般に植物の接触形
態形成に関わっているエチレンが巻き付きを強くする働きがあることを示唆する結果が得られているため、今後はエチレンの生合成の鍵酵素であるACC合成酵素の遺伝子の発現のタイミングおよび局在に関して、in situ hybridization法により詳細に調べる。また、RNAiあるいはゲノム編集により、発現に巻き付きと関連性が見られたACC合成酵素の遺伝子を欠損した植物体を作製し、巻き付きとの関連性の詳細な検討を試みる。
さらに、蔓の伸長や巻き付きに必要だと考えられるジベレリンについても、今後、蔓における生合成や輸送について主に調査を行い、蔓の伸長および巻き付きに必要なジベレリンがどのように供給されているのかという視点での調査を予定している。
細胞骨格の一種で植物細胞の成長方向を決定する働きがある細胞質表層微小管についても、間接蛍光抗体法によって調べ、らせん状という特殊な形態をとるアサガオの蔓の巻き付きについて細胞レベルで仕組みを解明する。
これらの研究を効率よく進めるために、報告されている手法では効率がよいとは言えないアサガオの形質転換法についても引き続き培地に添加する植物成長調節物質の種類や濃度を検討することにより、改良を試みていく。
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