【研究領域課題番号】19K15827 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

アスパラガス / 雌雄性 / 遺伝子 / 転写因子 / ゲノム / シロイヌナズナ / 生殖 / 花粉 / 雌雄異株性 / 花 / データベース / 食用アスパラガス / 植物ホルモン / DNAマーカー

【研究成果の概要】

食用アスパラガスの雌雄異株性は少数の遺伝子が制御し、転写因子遺伝子・AoMYB35はその候補である。当方では食用アスパラガスの自殖性株を有している。これらにより新規の食用アスパラガス雌雄性制御遺伝子を得ることが本研究の目的である。AoMYB35とそのシロイヌナズナにおける相同因子で花粉成熟に必須であるAtMYB35が結合するDNA配列を網羅的に解析し、それらの間に差異を見出した。これに基づく解析から不稔・半不稔のシロイヌナズナ変異体を得た。自殖性株の雌蕊と雄蕊の転写産物を網羅的に解析した。既知データを利用し雄株特異的な遺伝子を新たに2個得た。これらは食用アスパラガスの雌雄性の追究に役立ちうる。

【研究の社会的意義】

AoMYB35が結合するDNA配列とAtMYB35結合配列が互いに異なることは事前の予想に反しており、食用アスパラガスの雌雄異株性の進化を考える上で興味深いと考えている。本研究で単離したシロイヌナズナの半不稔変異体からは新規の植物生殖制御遺伝子が単離できる可能性があり、これは作物等有用植物の生殖様式の制御・改変にも利用できる可能性がある。本研究で得た2個の食用アスパラガス雄株特異的遺伝子の機能は、それらの配列から推定することは困難であり、今後解析を行い明らかにする必要があるが、これは学術的に興味深く、食用アスパラガスの雌雄性を理解し制御することにも役立つ可能性がある。

【研究種目】若手研究

【研究期間】2019-04-01 - 2022-03-31

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【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】植物栄養学・土壌学

【研究領域課題番号】21228002 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

シロイヌナズナ / 栄養感知 / 数理モデル / 予測 / 実証 / 低栄養適応 / トランスポーター局在 / 輸送制御 / 無機栄養 / 輸送 / 制御 / モデル / 遺伝子

【研究成果の概要】

本研究は植物に必要な無機栄養素のホメオスタシス機構について、様々な深さでの研究を行ったものである。比較的未解明な元素については、ホメオスタシスに重要な新規遺伝子を同定、解析した。これまでに研究蓄積のあるホウ素輸送については、トランスポーターの蓄積制御やホウ素受容機構についての新たな知見を得た。さらに、ホウ素については、トランスポーターの局在や蓄積等の特性を考慮した数理モデルを構築し、モデルを基に未知の現象を予測し、実験的にそのような現象を確認した。全体として、様々な深さでの研究を通じ、数種類の必須元素について重要な遺伝子を見いだすと共に植物の栄養研究に新たな方向性をもたらした。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2009-05-11 - 2014-03-31

【配分額】208,910千円 (直接経費: 160,700千円、間接経費: 48,210千円)

【研究分野】形態・構造

【研究領域課題番号】19570060 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

シロイヌナズナ / ヒメツリガネゴケ / カラマツ / ANGUSTIFOLIA / EvoDevo / 植物 / 遺伝子 / 進化 / 発生・分化 / 形態形成

【研究成果の概要】

ANGUSTIFOLIA(AN)遺伝子は、シロイヌナズナにおいて葉の細胞の横幅方向への極性伸長やトライコームの分岐数の制御に関わっている。ヒメツリガネゴケの持つ4つのAN遺伝子(PpAN)についてそれぞれ遺伝子破壊実験を行ったが、単一遺伝子の機能欠損では、野生型と異なる形態変化は生じなかった。また、PpAN1-1が茎葉体の茎の部分で強く発現することを見いだした。更に、カラマツ及びゼニゴケのAN遺伝子はシロイヌナズナ中でANと同等の機能を持つことを明らかとした。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2007 - 2008

【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】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】植物生理

【研究領域課題番号】09440269 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

細胞壁 / キシログルカン / エンド型キシログルカン転移酵素 / 細胞板 / Plant / Cell Wall / xyloglucan / gene / construction / EXGT / GFP / FITC-xyloglucan / シロイヌナズナ / タバコ培養細胞 / アンチセンス法 / 形能形成

【研究成果の概要】

エンド型キシログルカン転移酵素(EXGT)のキシログルカン分子間のつなぎ換え反応をin vivoで実証するために、フルオレッセインにより蛍光標識したキシログルカンオリゴ糖を合成し、これを蛍光ブローブとしてタバコ培養細胞BY-2に投与することにより、EXGTのつなぎ換え反応を細胞レベルで確認することに初めて成功した。
また、この方法を用いて、EXGTのアンチセンス及びセンスRNAを過剰に発現した形質転換細胞おける反応活性の増減を視覚的に評価することができた。この事実はEXGTのキシログルカン分子間のつなぎ換え反応が細胞伸長の細胞壁再構築だけでなく、細胞分裂時における細胞壁構築の初期段階から働いている可能性を示すものとなった。
EXGTのつなぎ換え反応がいつ、どこで行われているか明らかにするため、EXGTの局在及び輸送経路を、間接蛍光抗体法とEXGT-GFP(Green Fluorescent Protein)融合タンパク質を用いて解析した。その結果、EXGTは細胞が伸長する間期には小胞体-ゴルジ体輸送経路を経て細胞壁へ分泌され、細胞分裂期には、EXGTの細胞外への分泌が遮断され、細胞板に輸送されることが明らかとなった。
EXGT遺伝子群の植物体における役割を明確にするために、T-DNAの挿入によりEXGT遺伝子ファミリーに属する遺伝子が欠損しているシロイヌナズナの突然変異体をPCRとサザンハイブリダイゼーション法でスクリーニングした。約17000ラインのT-DNA挿入形質転換体から7ラインのEXGTファミリー遺伝子欠損突然変異体をスクリーニングした。このうち3ラインについては、各々、EXGT遺伝子ファミリーに属するEXGT-A2,XTR4,XTR15が欠損した突然変異体であることをT-DNA挿入領域の塩基配列をシークエンスすることにより明らかにした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1997 - 1999

【配分額】10,600千円 (直接経費: 10,600千円)