なぜプログラム細胞死はイネの生産性に重要か？－その生態的役割と制御機構

为什么程序性细胞死亡对于水稻生产力很重要？

基本信息

批准号：
20H00418
负责人：
藤本優
金额：
$ 28.54万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H00418/
关键词：
イネプログラム細胞死収量性耐湿性

项目摘要

研究代表者は、ソルガムのD遺伝子（転写因子をコードし、茎のプログラム細胞死を誘導する）のイネホモログの機能を探究する過程で、茎から穂への貯蔵炭水化物の再移動や根の通気組織形成が、この遺伝子によって制御されていることに気づいた。これまでもプログラム細胞死が形態形成に果たす役割は多くの研究者によって明らかにされてきたが、作物の生理生態的特性の一部も、ある共通したプログラム細胞死のプロセスによって包括的に制御されている可能性がある。そこで本研究では、イネのD遺伝子によって制御されるプログラム細胞死のプロセスの詳細の解明や、収量性や耐湿性といったイネの生理生態におけるプログラム細胞死の役割の特定を目指している。本年度においては、まず、イネのD遺伝子の機能を介した通気組織の形成が、地上部から根や根圏への酸素供給や根の生育に果たす役割を精査するため、イネD遺伝子の機能欠損変異が嫌気的環境での根の成長や生理状態に及ぼす影響を評価した。その結果、イネD遺伝子の機能欠損変異体では、野生型と比較して根からの酸素漏出が減少し、嫌気的環境における根の細胞活性や伸長量が低下すること、さらに、根系構造や根端部の転写プロファイルにも異常を生じることが判明した。これらの結果は、地上部から根・根圏への酸素供給や嫌気的環境での根の生育に、イネD遺伝子を介した通気組織形成が重要な役割を担っている可能性を示唆している。また、イネの生理生態的特性の品種間差に D 遺伝子を介したプログラム細胞死がどのように寄与しているかを検証するため、出穂期以降の茎の柔細胞を対象に、デンプン顆粒の蓄積程度や細胞壁の厚さなどの解剖学的形質を指標に遺伝解析を実施し、複数のQTLを検出した。

在探索高粱 D 基因（编码转录因子并诱导茎中程序性细胞死亡）的水稻同源物的功能过程中，主要研究人员研究了储存的碳水化合物从茎到穗的重新定位以及需氧我意识到根部组织的形成是由这个基因控制的。许多研究人员此前已经阐明了程序性细胞死亡在形态发生中的作用，作物的一些生理和生态特性也有可能是由一个共同的程序性细胞死亡过程综合控制的。在本研究中，我们旨在阐明水稻中D基因控制的程序性细胞死亡过程的细节，并确定程序性细胞死亡在水稻生理和生态中的作用，例如产量性能和耐湿性。今年，我们将首先研究通过水稻D基因的功能形成需氧组织对地上部分向根部和根际的供氧以及根系生长的影响。评估了厌氧环境中根系生长和生理状态的突变。结果，与野生型相比，水稻D基因功能丧失突变体的根部漏氧量减少，根细胞活性和在厌氧环境下的伸长率降低，根系结构和根系生长也下降。还发现边缘的转录轮廓出现异常。这些结果表明，由水稻D基因介导的需氧组织形成可能在从地上部分到根部和根际的氧气供应以及厌氧环境中的根部生长中发挥重要作用。此外，为了验证D基因介导的程序性细胞死亡如何导致水稻品种间生理和生态特征的差异，我们利用解剖学遗传分析研究了抽穗期后茎薄壁细胞中淀粉颗粒的积累。以程度、细胞壁厚度等性状为指标，检测多个QTL。