低温脱馴化過程で起こるブドウの冬芽の過冷却能力低下機構の解明

低温脱驯过程中葡萄芽过冷能力下降机制的阐明

基本信息

批准号：
21K05555
负责人：
春日純
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Obihiro University of Agriculture and Veterinary Medicine
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K05555/
关键词：
ブドウ耐寒性冬芽過冷却組織構造脱馴化

项目摘要

氷点下温度において、ブドウの幹や枝に存在する大部分の水は凍結するのに対し、冬芽内部の原基組織は細胞を過冷却させることで凍結を回避する。本研究はブドウの耐寒性機構の解明を目的としており、2022年度は、高耐寒性品種‘山幸’を用いて、枝に存在する氷から原基組織への凍結の拡大を防ぐバリアとして働く冬芽の基部組織の構造特性について調べた。山幸の冬芽は厳冬期に-30℃程度まで過冷却できる能力を獲得するが、このような低温まで冬芽の基部組織が凍結の拡大を防ぐバリアとして働くためには、そこにある微細孔の最大径が数ナノメートル未満である必要がある。2021年度に行った市販の蛍光色素を用いた実験において、我々は厳冬期の山幸の冬芽の基部組織に存在する微細孔の直径は3nm未満であることを示す結果を得たが、本年度は、様々な分子サイズを持つポリエチレングリコール（PEG）の混合溶液と質量分析イメージングを用いた新たな手法を用いて、その微細孔サイズは2～3nmであると推測した。春に冬芽の原基組織の伸長のために、冬芽の基部を横断する道管が形成されると、それが凍結の侵入口になることで冬芽基部の凍結の拡大を防ぐバリア機能は完全に失われ、ブドウの冬芽は過冷却をできなくなると予想される。しかし、これまでに圃場で発芽を始めた冬芽が弱いながらも過冷却能力を持つといういくつかの報告がなされてきた。この機構は全くの未知であったが、我々は、蛍光色素を用いた実験によって、道管が通水を開始した直後の冬芽では、十数ナノメートル程度の直径を持つデキストランは枝から冬芽内部に染み込んでいかないことを確認した。これは、枝から冬芽内に続く通水経路の内部に、直径が十数ナノメートルよりも大きい穴を持たない何らかの構造物が存在し、それが凍結の拡大を防ぐ能力を持つことを示唆する。我々は、この構造物の特定を目指した実験を開始した。

在零度以下的温度下，葡萄树干和树枝中的大部分水都会冻结，而冬芽内的原基组织通过使细胞过冷来避免冻结。这项研究的目的是阐明葡萄的耐寒机制，到2022年，我们将使用高度耐寒的品种“Yamasachi”培育冬芽，作为屏障，防止冰冻蔓延我们研究了基底组织的结构特征。山佐冬芽在隆冬期间获得了过冷至-30℃左右的能力，但为了使冬芽的基部组织在如此低的温度下发挥屏障作用，防止冻结扩大，最大冬芽中微孔的数量必须是直径应小于几个纳米。在2021年使用市售荧光染料进行的实验中，我们使用聚乙二醇混合溶液的新方法获得了结果，结果表明，山佐冬芽基部组织中存在的微孔直径小于3纳米。（PEG）具有不同的分子尺寸和质谱成像，他们估计孔径在2到3 nm之间。春季冬芽原始组织伸长，形成横贯冬芽基部的导管，成为结冰的入口点，并在冬芽基部起到防止结冰扩大的屏障作用。冬芽被完全消灭，预计葡萄的冬芽将无法再经历过冷。然而，迄今为止已有多份报道称，田间已开始萌发的冬芽具有较弱但过冷的能力。这个机制完全未知，但通过荧光染料的实验，我们发现，在冬芽中，水管开始流动后，直径约10多纳米的右旋糖酐就从树枝输送到内部。我们确认冬芽没有渗入水中。这表明从树枝通向冬芽的水道内部存在着某种直径不大于10纳米的孔洞，并且这种结构具有防止结冰膨胀的能力。我们已经开始了旨在识别这种结构的实验。