2014 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Multidimensional Exploration of Logics of Plant Development |
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| Project/Area Number |
25113008
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
平野 博之 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (00192716)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | 発生・分化 / 花序構築 / 小穂 / 花 / 遺伝子 / 遺伝学 / イネ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
イネの花序構築および花（小穂）の発生ロジックを明らかにすることを目的として，本研究を遂行した．
pvp1変異体は１次ブランチが輪生様になるユニークな花序パターンを示す．イネゲノムには，PVP1と近縁な遺伝子PVP2があるため，これら2つの遺伝子は冗長的な作用をもつと考えられる．そこで，TILLING法でpvp2変異体を単離し，pvp1と交配し,2重変異体を解析する準備を整えた．in situ ハイブリダイゼーションにより，PVP1およびPVP2の時間的・空間的発現パターンを解析した．また，走査型電子顕微鏡にから，PVP1は１次ブランチメリステムの分化の配置パターンが異常となっていることが示唆された．これに加え，小穂の着生位置が異常となるcl-1D変異体の解析と原因遺伝子のマッピングを進めた．
fsp1変異体とcsp１変異体（ng8756）は小穂に多面的な表現型を生じる． fsp1変異体の多面的異常小穂を4つのタイプに分類した．また，栽培環境により，これらのタイプの割合が変動することから，fsp1変異は環境により影響を受けやすいことが示唆された．csp1変異体は，2つの独立した遺伝子座の変異により引き起こされていることが明らかとなった．
イネにおいて，CRISPR-Cas9技術の有効性を確認するモデル実験を行った．まず，中肋形成の必須遺伝子であるDL 遺伝子に変異導入を試みた．その結果，高頻度でbiallelic 変異を導入することができることが判明した．得られた変異体は，中肋形成不全の垂れ葉と心皮形成能力を示したことから，CRISPR-Cas9法がイネにおいても非常に効果的に使用できることが明らかとなった．クラスC遺伝子の一つOsMADS58の機能を明らかにする目的で，CRISPR-Cas9法を用いてノックアウト系統の単離を進めている．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
１次ブランチのパターン形成に関しては，pvp1変異体を手がかりに順調に研究は進んでいる．PVP1遺伝子はすでに単離し，現在，相補性検定を行い，その確認を進めている．遺伝子単離の結果，PVP1によく類似したPVP2遺伝子の存在が判明したが，この遺伝子についてもその機能喪失変異体をTILLING法により単離することがでた． pvp1との交配も行い，2重変異体の解析も含めて，これら遺伝子の機能を解明するための準備が進行している．また，細胞学的・形態学的な解析にくわえて，これら遺伝子の発現パターンの解析も進んでいる．cl-1D変異については，表現型解析は順調にすすんだものの，この変異が不完全優性であることから遺伝子単離のための最後の絞り込みがやや難航している．
小穂（花）の発生分化に関しては，fsp1変異体の解析が進み，多面的な表現型は小穂メリステムの異常に起因している可能性が示唆されている．FSP1遺伝子の機能に関しては，表現型の解析を中心として，論文としても発表した．csp1変異については，２つの独立な遺伝子座の変異であること，各単独変異の表現型が非常に弱いことなどが明らかとなり，予想外の展開となっている．遺伝学的手法を駆使して，2つの遺伝子座の座乗位置は判明したが，単独変異の表現型が弱いことなどから，遺伝子の同定には難航が予想される．一方，栄養成長期の腋芽形成不全という表現型を示すtab1変異を解析したところ，生殖成長期の小穂メリステムの維持においてこの遺伝子が重要な働きをしていることが判明するなど，予想を上回る成果も得られている．
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| Strategy for Future Research Activity |
花序構築に関しては，PVP1とPVP2遺伝子の機能解明を中心として，研究を進める．これまで，pvp1変異体が中心であったが，今後は，pvp2変異体とpvp1 pvp2変異体を併せて解析し，これら遺伝子の花序構築に関する機能を明らかにする．花序の表現型にとどまらず，花序や１次ブランチメリステムを，SEMやマイクロCTなどの技術を用いて詳細に解析する．これまでの解析からは，これら2つの遺伝子はメリステム機能と密接に関連していることが推定されるので，メリステムで機能する他の遺伝子との関連も含めて解析を進める．PVP1タンパク質との相互作用因子についても，調べていきたいと考えている．
小穂や花の発生に関しては，FSP1やTAB1機能解明を進める．FSP1については，ポジショナルクローニング法による遺伝子単離を目指す．また，TAB1に関しては，小穂メリステムの維持に関わる他の遺伝子との遺伝的相互作用の解析を進める．さらに，tol変異体 （wadより改名）や他の小穂に異常を示す変異体も解析対象として加え，これらの遺伝子の機能から小穂発生の包括的な理解を目指す．
また，CRISPR-Cas9法がイネでも効果的に活用できることが判明したので，この技術を有効に活用して，逆遺伝学的な研究も進める．
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[Journal Article] Axillary meristem formation in rice requires the WUSCHEL ortholog TILLERS ABSENT1.2015
Author(s)
Tanaka, W., Ohmori, Y., Ushijima, T., Matsusaka, H., Matsushita, T., Kumamaru, T., Kawano, S., and Hirano, H.-Y.
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Journal Title
Plant Cell
Volume: 27
Pages: 1173-1184
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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