高湿度下での花器官形成と生殖成立における表層脂質微量成分の分子機能と進化

高湿度下花器官形成和生殖建立中表面脂质微量成分的分子功能和演化

基本信息

批准号：
21K06231
负责人：
信澤岳
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Hiroshima University
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-21K06231/
关键词：
植物脂質進化環境応答植物脂質花発生

项目摘要

表層脂質は植物と外部環境とを隔てる最初のバリアである。表層脂質について乾燥耐性や耐病性，撥水性に注目した研究が進んできた一方，他の環境条件に着目した例や，表層脂質を構成する個々の脂質分子種が持つ特性および生理的意義にまで踏み込んだ知見は少ない。本研究において，花の表層脂質中の微量成分に着目し，高湿度条件に対する植物の応答・適応機構の解明を進めている。さらに，本機構の進化的な獲得起源や植物普遍性，環境適応進化の考察を加えることを目的としている。本年度は，昨年度末に実施したRNA-Seq解析（シロイヌナズナ野生型と表層脂質中微量成分の生合成能を欠損した多重変異体の花において，湿度条件を変えての比較）で得られた結果を精査し，興味深い挙動を示す遺伝子を選出した。その後，それら遺伝子についてT-DNA挿入変異体の入手に加え，CRISPR/Cas9系を活用した新規変異体アリルの作出により，遺伝子機能解析の準備を進めてきた。また，表層脂質中微量成分の進化的獲得起源と推定している車軸藻類クレブソルミディウムの遺伝子に着目し，当該遺伝子の組換えタンパク質を調製しての酵素活性測定を行ったところ，目的表層脂質のin vitroでの合成活性の検出に成功した。一方，シロイヌナズナ多重変異体を背景に，当該のクレブソルミディウムの遺伝子を過剰発現させた形質転換植物体を作出して脂質解析を行ったが，目的脂質は全く検出されなかった。その原因として，植物体内における遺伝子発現が不十分であった可能性を考えており，現在，コドンをシロイヌナズナ向けに最適化した人工遺伝子を用いることに加え，表皮特異的かつ強力なプロモーターを用いることで再挑戦中である。

表面脂质是将植物与外部环境区分开的第一个障碍。尽管研究一直在进行地表面脂质对干旱，抗病性和驱虫性的抗性，但很少有发现集中在其他环境条件上，以及构成表面脂质的单个脂质分子物种的特征和生理意义。在这项研究中，我们专注于花的表面脂质中的痕量成分，并正在努力阐明植物对高湿度条件的反应和适应机制。此外，目的是将这种机制，植物普遍性和环境适应性进化的进化习得起源增加考虑。今年，我们仔细研究了从去年年底进行的RNA-seq分析获得的结果（比较多种突变体的花朵，这些突变体缺乏拟南芥野生型生物合成痕量成分和具有不同湿度条件的表面脂质的能力），以及表现出有趣行为的选择。从那时起，除了获得这些基因的T-DNA插入突变体外，我们还准备通过使用CRISPR/CAS9系统创建新的突变等位基因来分析基因功能。此外，侧重于轴藻类克雷伯菌的基因，该基因被认为是表面脂质中痕量成分的进化采集起源，我们准备了基因的重组蛋白并测量酶活性的重组蛋白，并成功地检测到了靶表面脂质的靶表面脂质的合成活性。另一方面，在拟南芥多突变体的背景下，产生了过表达克龙klemidium基因的转化植物，并进行了脂质分析，但未检测到靶脂质。我们认为原因是植物中基因表达不足的可能性，并且目前我们正在使用对拟南芥优化的密码子以及使用表皮特异性和强大的启动子来重试的基因。