【研究領域課題番号】20H02986 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

病原性抑制 / 植物生長促進 / 貧栄養 / Colletotrichum / シロイヌナズナ / 植物保護 / 共生菌 / 病原菌 / 揮発性物質 / 微生物叢 / 遺伝子発現 / 窒素枯渇 / リン枯渇 / マイクロバイオーム / 共生糸状菌 / 植物栄養 / 栄養枯渇 / アブラナ科植物 / 圃場

【研究成果の概要】

本研究では、共生糸状菌Colletotrichum tofieldiae (Ct)とCtが感染した根から単離された細菌集団が貧栄養環境で相加的に発揮する植物生長促進機構の理解をCtによる細菌群の潜在的な寄生性の抑止の観点に着目して目指している。

10種類の細菌の中の一種のPseudomonas属の細菌は単独接種の際に植物の成長を著しく阻害することを見いだし、種々の試験を組み合わせることでその植物生長促進阻害効果は細菌と根が直接相互作用することなく発揮されることを発見した。直接相互作用せずとも植物生長阻害効果が認められたことから、細菌が産生する何らかの揮発性物質が植物生長阻害の要因であることが示唆された。 一方で、共生糸状菌Ctと共接種した際には本Pseudomonas属の細菌による植物生長阻害効果は認められなくなるだけでなく、植物生長が促された。
Ctと細菌群による協調的な植物生長促進が認められる際に、本Pseudomonas属の細菌が発揮する病原性がどのように抑制されているかを探索する目的で、Ctと10種類中8種類の細菌群が感染したシロイヌナズナの根からRNAを抽出して、RNAseq解析に供し、シロイヌナズナおよびCtの遺伝子発現変動のデータを取得した。初期の解析から、シロイヌナズナの遺伝子の発現はCtや細菌群の単独接種と比べて、細菌群とCtとの混合接種時に質的に変化することを見いだした。さらに、16Sの細菌叢解析の結果を踏まえ、8種類中さらに2種類に細菌（Pseudomonas属菌は含まない）を絞り込んだ試験区も同時に解析したところ、シロイヌナズナはCtとの共接種時に8種類の場合とほぼ同等の遺伝子発現変動パターンと成長を示した。したがって、Ctと細菌群による相加的な植物生長促進効果はCtと2種類の細菌によって発揮されていることが示唆された。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31

【配分額】17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)

【研究領域課題番号】20H03297 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

染色体 / 転座 / 逆位 / 遺伝子発現 / シロイヌナズナ / 重イオンビーム / ３Dゲノム構造

【研究成果の概要】

逆位や転座など遺伝子数の増減や変化を伴わない染色体再編成が生物進化において重要であることは、比較ゲノム解析から明らかである。しかし、逆位や転座が表現型に与える直接的な影響を知るには、実験的に誘発してその影響を見る必要がある。我々は、順遺伝学的手法として、植物において染色体再編成を従来の30倍の頻度で誘発する、重イオンビームを用いた新技術を開発した。本研究では重イオンビームで作出した3種の変異体がもつ逆位や転座が遺伝子発現や形質、３Dゲノム構造やエピゲノムへ及ぼす影響を精査することで、逆位や転座が植物に与える影響を解明する。
・Ar55-as6変異体：本変異体は、逆位、欠失、転座をヘテロでもち、変異表現型は顕性である。表現型を精査したところ、初期の葉の生長が野生型よりも遅く、花成も10日ほど遅れるが、最終的な草丈は野生型よりも大きく、草体の寿命も長いことがわかった。播種後40日目の葉についてRNA-seqを行ったところ、ゲノム全体で遺伝子発現が上昇し、逆位や転座が生じた染色体領域では特に遺伝子発現上昇が高いことがわかった。
・C290-458-as1変異体：本変異体は、第5染色体の逆位を原因とする大輪化の形質を示す。逆位の断点に近接する上流および下流領域の遺伝子のうち、花における発現が見られる遺伝子を抽出し遺伝子発現を確認したところ、逆位の上流および逆位の内側の遺伝子において発現量が変化している可能性が示唆された。
・C200-74-N2変異体：本変異体は、第2染色体上に生じた逆位を原因とする大輪化変異体である。本変異体の原因変異を精査し、逆位によるトランケーションが生じた2遺伝子座のうち、片方の遺伝子座における遺伝子破壊が大輪化の原因であるとを明かにした。さらに、この変異体では花弁の細胞数の増加と細胞サイズの拡大のいずれも生じており、新規の大輪化変異体であることを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31

【配分額】16,900千円 (直接経費: 13,000千円、間接経費: 3,900千円)

【研究分野】植物分子・生理科学

【研究領域課題番号】17K07437 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

トレニア / シロイヌナズナ / シュート再生 / 表皮細胞 / 脱分化 / 細胞分裂 / シュート頂分裂組織 / 不定芽 / サイトカイニン / 遺伝子発現 / 遺伝子 / 細胞・組織 / 植物 / 発生・分化

【研究成果の概要】

本研究では、茎断片の表皮細胞が脱分化・増殖し、カルス相なしに不定芽のシュート頂分裂組織（SAM）を新たに形成する、トレニアの直接シュート再生系を用い、脱分化とSAM新構築について、細胞学的解析とトランスクリプトーム解析を行った。その結果、サイトカイニンに応答した表皮細胞の核小体の発達と細胞分裂の再開、光依存の細胞増殖の活性化を経て、増殖細胞の領域化が起き、SAMが構築されることなどが明らかになった。また、シロイヌナズナの2段階シュート再生系との比較から、基本的な経路は大きく異なること、しかしそれにも関わらず共通した発現変動を示す遺伝子群が存在することなどがわかった。

【研究の社会的意義】

本研究では、トレニアの直接シュート再生系を解析し、多くの情報を蓄積したほか、シロイヌナズナの２段階シュート再生系と比較して、基本的な経路が大きく異なるにもかかわらず、同じような発現変動を示す遺伝子セットが存在することを見出した。これらの結果は、シュート再生の経路に関する新知見を提供するとともに、再生の遺伝子ネットワークに経路によるものと経路によらないものがあることを示唆している。広く細胞リプログラミングやパターン生成の共通素子を理解することにつながり、その点で大きな学術的意義がある。また、シュート再生能の制御に応用することで、植物バイオテクノロジーにも貢献できる可能性がある。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)

【研究分野】植物分子・生理科学

【研究領域課題番号】26291056 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

Arabidopsis / leaf development / linc RNA / AS2 and AS1 / gene body methylation / DNA methylation / nucleolar bodies / epigenetics / ノンコーディングRNA / AS1-AS2 / 遺伝子発現制御 / 葉分化 / シロイヌナズナ / 発生・分化 / 遺伝子発現 / 小分子 RNA / 遺伝子発現機構

【研究成果の概要】

我々はAS2と長鎖ノンコーディング（linc）RNAを基軸としてシロイヌナズナの葉の表・裏が形成される仕組みを研究したが、linc RNAの同定は不成功だった。一方、linc RNA と関連している次の様な研究が進んだ。1. AS2 は核小体近傍で顆粒（AS2 body）を形成する。AS2のCxxC ジンクフィンガー様配列（ZFL 配列）は、AS2 body形成と葉の発生に必要だった。2. AS2 はZFL配列依存的に標的遺伝子であるETTのエキソン1に結合した。3. ETTのエキソン6にあるCGは90%以上メチル化されていた。AS2と3つの核小体蛋白質はCG のメチル化の維持に必要だった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2018-03-31

【配分額】15,860千円 (直接経費: 12,200千円、間接経費: 3,660千円)

【研究分野】遺伝育種科学

【研究領域課題番号】23380009 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

アポミクシス / 胚嚢始原生殖細胞 / ASG-1遺伝子の機能解析 / ギニアグラス / シロイヌナズナ / イネ組換え植物 / 多胚嚢形成現象 / 多胚形成現象 / 遺伝子組換え植物体 / 胚嚢分析法 / 多胚嚢形成現象の出現 / ASG-1遺伝子機能解析 / シングルセル / RNAiコンストラクト / アラビドプシス / 遺伝子組換え / ASG-1遺伝子 / 遺伝子発現

【研究成果の概要】

卵細胞が受精せず胚を形成するアポミクシス現象（クローン植物）を一代雑種の固定などに利用できれば、「緑の革命」以上の経済効果が期待されるため、本研究では、イネ科のギニアグラスからすでに得ているアポスポリー性胚嚢始原生殖細胞(AIC)出現時期に特異的発現する遺伝子（ASG-1）の機能解析を行った。その結果、AICを単離しその存在を証明したうえ、モデル植物のシロイヌナズナ組換え植物でアポミクシス現象が再現されたことから、ASG-1がアポミクシス現象を直接制御すると証明できた。これらの結果を通じて、アポミクシスの持つ機能をさらに強化・発揮し、ひいては人類の食糧問題に貢献できると考えている。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2011-04-01 - 2015-03-31

【配分額】18,850千円 (直接経費: 14,500千円、間接経費: 4,350千円)

【研究分野】植物分子生物・生理学

【研究領域課題番号】21770037 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

色素体機能・光合成 / 緊縮応答 / 葉緑体 / 遺伝子発現 / シロイヌナズナ / 栄養飢餓 / クラミドモナス

【研究成果の概要】

緊縮応答はもともと原核生物に普遍的に保存された遺伝子発現、タンパク質機能調節機構であるが、近年のゲノム解析の進展により、この因子が植物のゲノムに保存されていることがわかってきた。しかしその機能はほとんどわかっていない。本研究では、モデル植物シロイヌナズナを材料に、植物型緊縮応答に関する知見を得ることを目標に研究を進めた。その結果、植物の緊縮応答は、1)葉緑体の遺伝子発現調節、2)葉緑体の正常な形成、に重要な働きをすることがわかった。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2009 - 2010

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究分野】植物栄養学・土壌学

【研究領域課題番号】09760053 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

シロイヌナズナ / ホウ素 / 硫黄 / 変異株 / マッピング / bor1 / β-コングリシニン / 遺伝子発現 / イオウ / 植物栄養 / 吸収実験

【研究成果の概要】

本年度は硫黄に関してはβコングリシニンβサブユニット遺伝子のプロモータ断片を組み込んだカリフラワーモザイクウイルス35SRNAプロモータを用いて形質転換シロイヌナズナでGFPを発現させたところ、硫黄欠乏に応答して蛍光が観察された。また、ダイズ子葉培養系でのグルタチオンの効果を、阻害剤を用いて調べた。グルタチオンを加えるとβサブユニットタンパク質の蓄積が押さえられ、グリシニンの蓄積が促進される。グルタチオン合成の阻害剤を加えて培養すると、ある濃度段階では培地中に硫酸イオンが通常量存在していてもβサブユニットの蓄積が促進される蛍光が見られた。このことは硫黄欠乏に応答した種子貯蔵タンパク質の発現制御にグルタチオンが関与していることを示唆している。
ホウ素のシロイヌナズナ変異株borl-1については詳細なマッピングを継続して行った。その結果現在までに第2番染色体の下腕側約400kBの範囲にBORl遺伝子が存在することを明らかにした。
また、変異株についての生理実験、生化学実験を行った。変異株ではホウ素の根から地上部への移行に異常があることを明らかにした。また、細胞壁の構成糖について検討を行ったが、野生型株とのあいだで有意な違いは見いだせなかった。
さらに、ホウ素に関わる新しい変異株の探索を行った。根の生長を指標にしたスクリーニング、高濃度のホウ素に対する応答を利用したスクリーニングなどをおこなった。またborl-1変異株の復帰突然変異体のスクリーニングも行った。これらのスクリーニングから数株の有望な候補株が得られた。

【研究種目】奨励研究(A)

【研究期間】1997 - 1998

【配分額】2,400千円 (直接経費: 2,400千円)

【研究分野】植物栄養学・土壌学

【研究領域課題番号】07456037 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

遺伝子発現制御 / メクロチオネイン / 形質転換植物 / ホウ素 / イオウ / 栄養欠乏 / シロイヌナズナ / 変異株 / 遺伝子発現 / 栄養診断 / ディフレンシャルディスプレイ / 植物栄養 / 微量要素

【研究成果の概要】

これまでの研究は、主に様々な濃度のホウ素イオンや硫酸イオン濃度で成育させた植物よりmRNAを抽出し、これらとコントロールの植物より抽出したmRNAをもちいて、DO(ディフレンシャルディスプレイ)法による遺伝子断片の単離を目指してきた。また、特にイオウ応答プロモーターの解析によるイオウ欠乏症状の迅速な検出法の確立を目指してきた。これまでに、過剰のホウ素イオン存在下で成育させた植物中で発現が抑制される遺伝子断片が得られた。この遺伝子の塩基配列を決定したが相同性のある遺伝子は知られておらず、機能の推定には至っていない。しかしながら塩基配列の情報を基に、RT-PCR用のプライマーを合成できた。ノーザンハイブリの結果より、確かにこの遺伝子は、ホウ素イオンにより遺伝子発現が調節されていることが確認された。したがって、合成したプライマーを利用して、さまざまな地域から採取してきた植物が、どのようなホウ素栄養下で生育してきたものであるかを知る手がかりができた。また、砂地などホウ素が欠乏しやすい土壌で生育している植物における本遺伝子の発現状況をRT-PCRで簡便に確認することで、植物がおかれている栄養状況を知り、さらに適切な施肥をおこなうタイミングを知ることができるようになる。イオウ欠乏症状検出系には、イオウ欠乏応答性のプロモーターの単離とこのプロモーターにGUS遺伝子を連結して作成した遺伝子で形質転換した植物を使用できるようになった。作成した形質転換植物を利用することがイオウ欠乏の程度を簡単な染色により検出できる系が確立できる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1995 - 1996

【配分額】6,900千円 (直接経費: 6,900千円)