Dissecting the mechanisms underlying natural variation in abiotic stress tolerance of plants to adapt climate change

剖析植物适应气候变化的非生物胁迫耐受性自然变化的机制

基本信息

批准号：
19H03092
负责人：
太治輝昭
金额：
$ 11.23万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

シロイヌナズナ野生系統間に見られる浸透圧耐性の遺伝的多様性から植物のストレス適応メカニズムを理解することを目的に、多様性を決定する鍵遺伝子の同定、および鍵遺伝子を中心とする耐性メカニズムの解明を目指した。2022年度の実績としては、水不足耐性を示すシロイヌナズナ野生系統より、水不足耐性が損なわれた突然変異株、aod2を単離した。aod2変異株は野生株と比較して、乾燥・塩・高温と幅広いストレス耐性が損なわれていた。その原因遺伝子を特定したところ、極長鎖脂肪酸合成に寄与するエノイル-CoA 還元酵素をコードするCER10遺伝子であることが分かった。植物は乾燥や外部からの物理刺激から身を守るために、葉・根・茎をはじめとする植物体全身がクチクラワックス（以後、ワックス）で覆われているが、aod2変異株は野生株と比較してワックスが著しく減少していた。一方、数百の完全長cDNAを個別に過剰発現させたシロイヌナズナのトランスジェニック植物系統より、酸化還元酵素のシトクロムP450をコードするKLU遺伝子を過剰発現させた植物が、乾燥・塩・高温耐性を著しく向上させることを明らかにした。KLU過剰発現株の葉が野生型と比較して明らかな光沢を示し、電子顕微鏡による植物体表面の観察により、野生株と比較して高次なワックス構造を有していることが明らかとなった。ワックス構成成分である長鎖・極長鎖脂肪酸を定量した結果、野生株と比較して、aod2変異株では減少し、逆にKLU過剰発現株では増加していることが明らかとなった。またタンパク質の三次元構造予測モデルより、KLUは長鎖脂肪酸を基質とし得ることが示唆された。以上の結果より、植物の乾燥・塩・高温耐性にワックスが必須であること、さらにKLU遺伝子の発現調節によりワックスを増加させて植物の乾燥・塩・高温耐性を増強できることが明らかにし、2つを同時に論文発表した。

为了从野生拟南芥菌株中观察到的渗透耐受遗传多样性来了解植物的逆境适应机制，我们鉴定了决定多样性的关键基因，并阐明了以关键基因为中心的耐受机制。至于我们在 2022 年取得的成就，我们从表现出缺水耐受性的野生拟南芥菌株中分离出了缺水耐受性受损的突变菌株 aod2。与野生型菌株相比，aod2突变菌株对多种胁迫的耐受性受损，包括干旱、盐和高温。当致病基因被鉴定出来时，发现它是 CER10 基因，它编码烯酰辅酶 A 还原酶，有助于极长链脂肪酸的合成。为了保护植物免受干燥和外界物理刺激，整个植物体，包括叶、根和茎，都覆盖有角质层蜡（以下简称蜡），但aod2突变株与野生型株不同。相比之下，蜡的用量明显减少。另一方面，在数百个全长 cDNA 单独过表达的拟南芥转基因植物系中，过表达编码氧化还原酶细胞色素 P450 的 KLU 基因的植物显示出显着更高的对干旱、盐和热的耐受性。。与野生型相比，KLU过表达菌株的叶子呈现出清晰的光泽，并且使用电子显微镜观察植物表面表明，与野生型相比，其具有更高级的蜡结构。对作为蜡成分的长链和超长链脂肪酸的定量显示，与野生型菌株相比，它们在 aod2 突变菌株中减少，而在 KLU 过表达菌株中增加。此外，三维蛋白质结构预测模型表明KLU可以使用长链脂肪酸作为底物。上述结果表明蜡对于植物的干旱、盐和高温耐受性至关重要，通过调节KLU基因的表达可以增加蜡的产量，从而增强植物的干旱、盐和高温耐受性。同时发表论文。

项目成果

期刊论文数量（24）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Dissecting the genetic control of natural variation in abiotic stress tolerances among Arabidopsis thaliana accessions

剖析拟南芥种质中非生物胁迫耐受性自然变异的遗传控制

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Teruaki Taji
通讯作者：
Teruaki Taji

BLADE-ON-PETIOLE genes temporally and developmentally regulate the sheath to blade ratio of rice leaves

DOI：
10.1038/s41467-019-08479-5
发表时间：
2019-02-06
期刊：
NATURE COMMUNICATIONS
影响因子：
16.6
作者：
Toriba, Taiyo;Tokunaga, Hiroki;Kyozuka, Junko
通讯作者：
Kyozuka, Junko

浸透圧耐性シロイヌナズナaccessionから得られた塩馴化後浸透圧耐性欠損変異株aod10の遺伝学的解析

对从耐渗透拟南芥种质获得的盐驯化渗透压耐受缺陷突变株 aod10 进行遗传分析。

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
高橋弥子;有賀裕剛;田中啓介;四井いずみ;坂田洋一;太治輝昭
通讯作者：
太治輝昭

Recognition of microbe/damage-associated molecular patterns by leucine-rich repeat pattern recognition receptor kinases confers salt tolerance in plants

通过富含亮氨酸的重复模式识别受体激酶对微生物/损伤相关分子模式的识别赋予植物耐盐性

DOI：
10.1094/mpmi-07-21-0185-fi
发表时间：
2021
期刊：
Molecular Plant-Microbe Interactions?
影响因子：
0
作者：
Saijo Yusuke;Loo Eliza;Tajima Yuri;Yamada Kohji;Kido Shota;Hirase Taishi;Ariga Hirotaka;Fujiwara Tadashi;Tanaka Keisuke;Taji Teruaki;Somssich Imre;Parker Jane E
通讯作者：
Parker Jane E

シロイヌナズナ耐塩性accessionの耐性メカニズム解析

拟南芥耐盐材料的抗性机制分析