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。

为了理解植物中应激适应的机制，从野生拟南芥菌株中发现的渗透抗性的遗传多样性中，我们的目的是确定确定多样性的关键基因，并阐明以关键基因为中心的抗性机制。结果是2022财年，我们分离了一种突变菌株AOD2，其野生拟南芥菌株具有耐水性抗性受损，表现出抗水性缺乏。与野生菌株相比，AOD2突变体损害了广泛的应激耐受性，包括干燥，盐和高温。当鉴定出致病基因时，发现它是CER10基因，它编码Enoyl-COA还原酶，这有助于合成超长的链脂肪酸。为了保护植物免受外部干燥和物理刺激的侵害，植物的整个身体，包括其叶子，根和茎，都被角质层蜡覆盖（以下称为蜡），但与野生菌株相比，AOD2突变株蜡显着降低了蜡。另一方面，揭示了过表达编码氧化还原酶细胞色素P450的KLU基因的植物可显着改善拟南芥转基因植物系的干燥，盐和高温耐药性，这些植物具有单独表达的数百个全长cDNA。与野生型相比，KLU过表达菌株的叶子表现出明显的光泽，电子显微镜对植物表面的观察表明，与野生型相比，它们具有更高的蜡结构。对蜡组分的长链和极端长链脂肪酸的定量表明，与野生菌株相比，发现在KLU过表达的菌株中，AOD2突变菌株被降低，相反增加。此外，蛋白质的三维结构预测模型表明，KLU可以由长链脂肪酸作为底物制成。以上结果表明，蜡对于植物对干燥，盐和高温的耐受性至关重要，并且可以通过控制KLU基因的表达来增加蜡以增强植物对干燥，盐和高温的耐受性，并同时发表两篇论文。

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