【研究領域課題番号】20H02955 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

イネ / 発生 / 葉 / 形態形成 / トランスクリプトーム

【研究成果の概要】

イネの様々な葉の発生ステージや領域における網羅的な遺伝子発現解析によって遺伝子群のリスト得た。これらの中から複数の遺伝子を抽出し、茎頂付近においてin situ hybridizationによる詳細な空間的発現パターンの解析を行った。その結果、葉原基の通気組織形成に関連する組織において高い発現を示す遺伝子、葉鞘と比較して葉身原基での発現が高い遺伝子、イネ科に特徴的な気孔構成細胞（副細胞）や葉肉組織の気孔関連細胞に特異的に発現する遺伝子などを同定した。これらの機能未知遺伝子をターゲットにCRISPR/Cas9による遺伝子破壊系統（KO個体）の作出を行なった。葉原基の通気組織に発現する遺伝子、副細胞に発現する遺伝子、葉身での発現が高い遺伝子に関しては3つのパラログ遺伝子の三重変異体、葉肉組織の気孔関連細胞に発現する遺伝子に関しては単独変異体を入手することができた。それらの変異体の表現型を観察したところ、いずれも葉の外部形態や表面構造、細胞形態などに異常が認められた。したがって、葉の網羅的な遺伝子発現解析から抽出したこれらの遺伝子は、確かにイネの葉の形態形成に何らかの機能を持っており、これまで明らかになっていない形態形質に関わる、新規な制御過程の解明に向けた足掛かりになるものと考えられた。また、葉の通気組織の三次元的な配置を理解するために、（株）リガクの画像解析チームと共同でX線CTによるイネの地上部の観察を行い、非破壊で葉の内部構造を捉えることに成功した。

【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)

【研究分野】遺伝育種科学

【研究領域課題番号】16H04857 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

撥水性 / イネ / 遺伝学 / 変異体 / 葉 / 遺伝子 / ワックス / 植物 / 発生・分化 / 表皮

【研究成果の概要】

イネの葉はハスと同等の極めて高い撥水性（超撥水性）を示す。この超撥水性の発現メカニズムを様々な観点から明らかにした。まず、イネの葉において葉身向軸側が最も撥水性が高いこと、撥水性は環境条件によって変化することなどを明らかにした。また、撥水性が低下した濡れ葉変異体を用いることによって、複数のワックス合成に関わる遺伝子がイネの撥水性に重要であることを明らかにした。また、様々な種類のイネの撥水性を調査することによって、多くのイネの栽培種は高い撥水性を示すことを明らかにした。

【研究の社会的意義】

超撥水性は植物の耐病性や光合成効率の上昇に寄与すると考えられる。本研究で得られた成果によって植物表面の撥水性を制御する基盤的知識を得ることができた。これを利用して、作物における病原体による初期感染の予防や、汚れの洗浄効果による病原体の感染リスクの低下、光合成効率の上昇が期待できる。また、イネにおけるワックス合成遺伝子の解明により、イネワックスの改変や増産の可能性も期待される。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)

【研究分野】遺伝育種科学

【研究領域課題番号】15K07259 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

イネ / 突然変異体 / 茎頂分裂組織 / 分裂組織 / 葉 / 変異体

【研究成果の概要】

本研究では、規則的に融合葉(abaxially fused leaf（abl）)を生じるという、葉の分化パターンが異常な新規イネ突然変異体を複数解析することで未知のマスター調節遺伝子を明らかにした。abl突然変異体の表現型が見られるメカニズムについて仮説を立てることでABL遺伝子の生物学的機能の解明を行い、ABL遺伝子のクローニングや発現解析によって分子レベルでのABL遺伝子の機能解明を行った。

【研究の社会的意義】

植物の地上部はすべて茎頂分裂組織という細胞集団に由来する。すなわち、作物の地上部形態はは、茎頂分裂組織の発生に関わる遺伝子の機能を制御することでコントロールすることができる。茎頂分裂組織の発生に関わる遺伝子の数は莫大であり、それらはカスケードを形成して機能している。本研究では、カスケードの比較的上位で機能するマスター調節遺伝子の機能解明を行い、将来、収量増加などを目指した作物地上部形態の人為的改変を確実に行うための基盤を構築した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2015-04-01 - 2019-03-31

【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】作物学

【研究領域課題番号】12660012 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

出葉間隔 / 量的形質遺伝子座 / イネ / QTL / 葉 / QTL解析

【研究成果の概要】

イネの茎葉部および地下部の発育(分げつ芽や冠根の分化出現)は、母茎の葉の出現と同周期的に進行する。従って、葉の出現する速度は個体全体の生育のペースメーカであり、その遺伝的制御機構を明らかにすることはイネの発育制御上、重要である。本研究では、イネの葉が出現する速度(出葉間隔:ある葉が出現してから次の葉が出現するまでの時間間隔)の制御機構を明らかにするため出葉間隔の品種間差をもたらす遺伝子の染色体マッピングを試みた。材料としてIR36(インディカ稲、出葉間隔が極めて短い)とLemont(ジヤポニカ稲、出葉間隔が極めて長い)のF2(190個体)をポット栽培し出葉間隔を測定するとともにDNAを採取し、86個のDNAマーカーを置いて連鎖地図を作成し出葉間隔に関する量的形質遺伝子座(QTL)をマッピングした。その結果、第1、2、9、11染色体に計5個のQTLが検出された。これらQTLの寄与度は8〜16%の範囲にあった。また、第9染色体のQTLを除きLemontの対立遺伝子が出葉間隔を延ばす方向に作用していた。これらの結果より、出葉間隔は、主動遺伝子ではなくポリジーン系によって制御されるものであることがわかった。なお。これらのQTLのうち、第1染色体に座乗するQTLはトウモロコシの突然変異体よりクローニングされた出葉間隔制御遺伝子terminal ear 1とシンテニーの関係にある領域に位置しており、その相同遺伝子がイネの出葉間隔の品種間差の原因の1つとなっている可能性が考えられた。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2000 - 2001

【配分額】3,700千円 (直接経費: 3,700千円)

【研究分野】植物生理学

【研究領域課題番号】04454012 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

葉 / 老化 / 光制御 / タンパク質分解 / クロロフィル / 光合成 / 葉緑体 / イネ

【研究成果の概要】

1.葉の老化に伴ってタンパク質が分解され、葉の窒素含量が低下する。通常の植物ではタンパク質分解に対する葉齢と被陰の影響を分離できない。そこで、横に這わせたつる植物(セイヨウアサガオ)を用い、葉を同一光条件で育てることにより、葉齢に伴って窒素含量は低下すること、しかし、葉の置かれた光環境がより強い制御作用を持ち、光強度の低下とともに葉の窒素含量が低下することを見出した。
2.群落状に生育させたイネを用い、さらに光の制御作用を詳しく解析した。上部の葉により被陰された古い葉は、強い光強度下で測定した最大光合成活性は次第に低下するものの、光を吸収し、利用する効率は高く維持されていることを見出した。したがって、葉は暗くなった光環境に順化しながら光合成を行なっていると考えられる。さらに、この光合成系の順化的な変化は、被陰によって暗くなる光環境自身が信号となって起きる現象であることが見出された。光の吸収、利用に関与する集光性クロロフィルタンパク質や系Iと系IIの光化学反応中心の分解は非常に弱い光で抑えられるので、被陰されてもかなり安定に存在する。一方、光合成の暗過程に関与するRuBPカルボキシラーゼやATPaseなどの分解抑制には強光が必要であり、このため、少し暗くなるとその分解が進行する。そして、前者は主としてフィトクロム系により制御されており、後者はフィトクロム系、光合成系の他に青色効果も関与する非常に複雑な反応系で調節されていることが示された。
3.上記の結果と関連して老化の進行に伴い、葉緑体の数も大きさも供に減少し、このため葉緑体の量が大きく減少することが示された。

【研究種目】一般研究(B)

【研究期間】1992

【配分額】6,600千円 (直接経費: 6,600千円)