【研究分野】遺伝

【研究領域課題番号】12440214 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

植物特異的遺伝子 / 葉形態形成 / 発生遺伝学 / 分子遺伝学 / シロイヌナズナ / 極性 / 植物特異的遺伝子群 / 形態形成 / 葉形態 / 分子メカニズム / 遺伝子 / 細胞伸長

【研究成果の概要】

植物特異的な葉形態形成遺伝子群の解析の結果、以下のような成果が得られた。
葉細胞の極性伸長制御系:横幅を制御するAN遺伝子をcloningした結果、CtBPのホモログをコードすること、しかも植物特異的なサブファミリーの一員であることが判明した(Kim et al.,2002)。酵母two hybrid系の実験から、ANはC端で自己相互作用することが判明した(Kim et al.,2002)。また、九大・仁田坂博士と熊本大・高野博士の協力で単離された、アサガオでのホモログIANとゼニゴケでのホモログMANは、シロイヌナズナan-1の表現型を部分的に相補した。したがって、植物特異的なサブファミリー間では、機能が保持されていると推定される。次に、an変異のもとでANの組織特異的・器官特異的発現を行ない、器官の形状を決定する組織間の相互作用を解析した。
一方、縦長を制御する植物特異的なチトクロムP450遺伝子、ROT3については、配列上最も類似したCYP90D1と共に、発現解析と光環境に対する応答性とについて解析を行なった。その結果rot3-1変異体は、あらゆる光に対する葉身・葉柄伸長反応が失われていることが判明した。また暗所での葉柄の伸長パターンと、CYP90D1プロモーターの発現パターンとの間に、一定の連関が認められた。さらに、それぞれの遺伝子産物がコードする酵素の代謝する生化学反応を、各種中間体の投与およびトランスジェニック植物の生化学的分析により、同定した。また光による葉の展開過程の制御を詳細に解析し、Phytochromeを介した葉の展開制御には軸極性が認められること、細胞伸長と細胞分裂とは、それぞれ異なる制御をうけていること、葉柄と葉身とでは、各種光に対する反応が異なること、等を明らかとした(Tsukaya et al.2002)。
葉身における細胞分裂の極性制御:植物に特異的な植物ホルモン、ブラシノステロイドによる葉の展開の促進効果について、その合成系の変異体を活用して詳細に解析した結果、ブラシノステロイドが細胞伸長のみならず、細胞分裂をも促進することが明からとなった(Nakaya et al.2002)。さらに葉の横幅方向への細胞数が減少した細葉の変異体、an3について、原因遺伝子のクローニングを行なった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2000 - 2002

【配分額】15,400千円 (直接経費: 15,400千円)

【研究分野】遺伝

【研究領域課題番号】08740582 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

葉形態形成 / 発生遺伝学 / 葉 / アラビドプシス / シロイヌナズナ / 子葉

【研究成果の概要】

葉の発生の遺伝学的な制御機構を理解することは、植物の形の理解、ひいては植物における生物多様化の仕組みを理解する上でも必須である(Tsukaya,1995a,b)。しかしながら双子葉植物では、葉の発生の際、細胞分裂と細胞伸長とが同時かつ同所的に起こるため、時間軸と空間軸とのみを頼りとする解剖学では解析が困難であった。本研究はそこで発生遺伝学的手法を導入することで、解析を進めてきた(Tsukaya,1995a)。その結果まず、rot3変異体とan変異体との解析から、アラビドプシスの葉の全形は、細胞レベルでの極性伸長を通じて、縦方向と横方向との二方向独立に制御を受けていることが明らかになった(Tsuge et al.1996)。その他、LAN1遺伝子はAN,MACのいずれの遺伝子とも独立に、葉の細胞の伸長と分裂と両方の制御に関わると考えられる(Kim et al.,submitted)こと、またAS1遺伝子もAN遺伝子とは独立に働いて葉身への細胞供給制御に関わっていることを明らかにした(Tsukaya et al.,submitted)。
いっぽうアラビドプシスの子葉の特性((Tsukaya et al.1994)を活かし、子葉の変異体のスクリーニングを行なったところ、子葉のみに特異的な変異体は見いだせなかった。胚発生の変異体として知られていたlec1変異体は唯一の候補となったが、マーカー遺伝子を使ってその発生を詳細に解析した結果、実はlec1変異体は本葉にも変異形質をあらわしていることがわかった。また、子葉が正常で本葉に特異的に変異形質のあらわれる変異体について、lec1変異体との間で二重変異体を作製したところ、いずれもがその変異形質を子葉にもあらわすようになった。また、本葉特異的変異体のアリルを探索してみた結果、変異の程度によって子葉にも表現型があらわれることのあることが判明した。以上の結果より、子葉と本葉とは同一種の器官であり、ある程度共通の遺伝的制御系のもとにあることが推察された。
さらに、以上の解析を通じてその存在が明らかとなった遺伝子本体の解明を目指し、T-DNAタグラインからの葉形態形成関連遺伝子の単離を試み、1つ、葉身に弱い短縮を生じさせる変異と、リボソームタンパク質遺伝子のスペーサー領域に挿入されたT-DNAとが連鎖していることが判明した。現在、これを含めてタグラインの解析を進行中である。以上の本研究は本年度日本植物学会奨励賞および日本植物形態学会奨励賞を受賞した。

【研究種目】奨励研究(A)

【研究期間】1996

【配分額】1,000千円 (直接経費: 1,000千円)