Elucidation of molecular mechanism controlling morphological alteration of Arabidopsis reproductive organs due to heat stress

阐明热应激引起的拟南芥生殖器官形态改变的分子机制

• 批准号: 20J10326
• 负责人: 片野 和馬
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Sophia University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J10326/
• 关键词: Cngc2; Suc5; 花粉水和反応; 花粉管発芽; Sweet8; 茎頂分裂組織; WUS; 柱頭; 乳頭細胞; 花粉柱頭反応; 熱ストレス

前年度の研究結果により、Cngc2欠損変異体(cngc2)は花粉管の発芽が野生型よりも早く、花粉管の胚珠への到達率が高く、花粉柱頭反応が促進されている可能性が示唆された。また、糖輸送に関わる遺伝子発現が低下していたこと、さらに生殖器官や茎で可溶性糖の含有量が高くなっていたことから、「糖代謝の変化が花粉柱頭反応の促進に関わっている」可能性がある。まず、cngc2で遺伝子発現の低下が見られたSuc1, およびSuc5の欠損変異体（suc1, suc5）を用いて、生殖成長期の生育特性を調査した。その結果、suc1は野生型と同様の生育特性を示したものの、suc5は生殖成長期移行後18日目の長角果の割合が63％と高く、cngc2と似た生育特性を示した。また、糖代謝に関する遺伝子発現は、cngc2,suc5ともに花粉に糖を輸送するトランスポーターとして働くSweet8の遺伝子発現が、WTと比較して有意に高かった。花粉中の可溶性糖は、ROS生成を活性化させることで、花粉水和反応を促進させる可能性がある。cngc2もsuc5も花粉の糖トランスポーターであるsweet8の遺伝子発現が増加していたことから、花粉中の糖の含有量が増えたことによってROS含有量が増加し、それが花粉水和反応を促進したことで花粉管の発芽が促進されたというメカニズムが示唆された。次に、cngc2の生殖成長期移行後6日目、12日目の植物を用いて、茎頂分裂組織を含む部位をサンプリングし、幹細胞の維持に関わる遺伝子であるWus遺伝子の組織特異的発現解析を行った。6日目のcngc2の茎頂分裂組織におけるWusの発現はWTよりも高かったものの、12日目ではWTよりも低い傾向が見られた。従って、cngc2は生殖成長期の後半で幹細胞の維持ができなくなり、蕾や花に分化する数が減少するという可能性が示唆された。

去年的研究结果表明，Cngc2缺陷突变体（cngc2）的花粉管萌发速度比野生型更快，花粉管到达胚珠的比率更高，并且可能促进花粉柱头反应。此外，参与糖转运的基因表达降低，生殖器官和茎中可溶性糖含量较高，表明糖代谢的变化参与促进花粉柱头反应的可能性。首先，我们使用 Suc1 和 Suc5 缺失突变体（suc1、suc5）研究了生殖生长期的生长特征，该突变体显示 cngc2 中基因表达降低。结果，suc1表现出与野生型相似的生长特性，但suc5在过渡到生殖生长期后第18天长角果的比例高达63%，表现出与cngc2相似的生长特性。关于与糖代谢相关的基因表达，作为将糖转运至花粉的转运蛋白的Sweet8以及cngc2和suc5的基因表达显着高于WT。花粉中的可溶性糖可以通过激活活性氧的产生来促进花粉水合作用。 cngc2和suc5均增加了花粉中糖转运蛋白sweet8的基因表达，表明花粉中糖含量的增加会增加ROS含量，从而促进花粉水合，这表明促进花粉管萌发的机制。接下来，我们在进入 cngc2 生殖生长期后 6 天和 12 天的植物中，对含有茎尖分生组织的部位进行了采样，并分析了 Wus 基因的组织特异性表达，这是我所做的一个与干细胞维持相关的基因。它。虽然cngc2茎尖分生组织中Wus的表达量在第6天高于WT，但在第12天趋于低于WT。因此，有人认为，cngc2在生殖生长期的后半期变得无法维持干细胞，导致分化成花蕾和花的干细胞数量减少。

项目成果

What are the key mechanisms that alter the morphology of stigmatic papillae in Arabidopsis thaliana?

• DOI: 10.1080/15592324.2021.1980999
• 发表时间: 2021-09-24
• 期刊: PLANT SIGNALING & BEHAVIOR
• 影响因子: 2.9
• 作者: Katano，Kazuma;Suzuki，Nobuhiro
• 通讯作者: Suzuki，Nobuhiro

花芽から長角果への早い移行を示すシロイヌナズナCngc2欠損変異体の植物生理学的解析

拟南芥 Cngc2 缺陷突变体的植物生理分析显示从花蕾到长角果的早期转变

• 发表时间: 2022
• 作者: 片野和馬;清野華子;永尾有沙;鈴木伸洋
• 通讯作者: 鈴木伸洋