イネ冠根形成の分子機構解明とその根系形態改良への応用

水稻冠根形成分子机制的阐明及其在根系形态改良中的应用

基本信息

批准号：
09J05221
负责人：
木富悠花
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2011
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J05221/
关键词：
イネ冠根発生分化オーキシンサイトカイニン突然変異体

项目摘要

本研究課題では、最適環境下におけるイネのさらなる多収化および節水栽培に適した品種育成を目指し"根の発生量の改変"を試みている。そのために申請者らは、イネの根系を特徴づけているひげ根(冠根)の数が著しく減少するcrownrootless(crl)変異体を用いた冠根形成メカニズムの解析を進めている。その中でもCRL5遺伝子は冠根数を人為的に制御する上で重要な遺伝子であると推測され、このCRL5の関与する経路はどの植物種においても報告されていない新たな根系形成経路であることが判明している。また、CRL5とそのホモログはイネの根の形成において冠根特異的に機能することが示唆され、この経路上で機能する遺伝子を明らかにすることで根の形成に関与する新たな因子を見出すことができると期待された。前年度までの研究により、CRL5はオーキシンシグナル伝達経路上でARFによってその発現を直接制御され、そして冠根形成を抑制するサイトカイニンシグナルを負に制御するOsRR1を正に制御することで冠根形成を促進していることが明らかになった。ところがcrl5変異体においてOsRR1をCRL5プロモーター制御下で発現させた形質転換個体では有意な冠根数の増加が観察されたものの、野生型の冠根数に比べるとその数は有意に少なかったため、CRL5の下流にはOsRR1以外にも冠根数の増加に関与する因子が存在すると示唆された。そこでマイクロアレイにより野生型と比較してcrl5変異体で発現量が2分の1以下に低下している遺伝子を選抜し、その候補遺伝子の中からDNA beads display systemによりCRL5タンパク質と直接相互作用する遺伝子の探索を試みた。この解析により、3つのCRL5直下候補遺伝子を見出すことができた。これらの候補遺伝子の中にもサイトカイニンによる冠根発生阻害作用を結果的に抑制する因子が含まれており、このことからもCRL5は冠根の発生において発根促進作用を持つオーキシンと発根阻害作用を持つサイトカイニンの相互作用を仲介する重要な遺伝子であると考えられた。

在这个研究项目中，我们试图“改变根的产生量”，目的是培育出适合在最佳环境下提高产量和节水栽培的水稻品种。为此，我们目前正在利用crl突变体分析冠根形成的机制，其中代表水稻根系特征的冠根数量显着减少。其中，CRL5基因被推测是人为控制冠根数量的重要基因，并且涉及CRL5的途径是尚未在任何植物物种中报道的新的根系形成途径。也有人提出，CRL5 及其同源物在水稻根形成过程中特异地在冠根形成中发挥作用，通过鉴定在该途径中发挥作用的基因，我们希望能够发现参与根形成的新因子。去年进行的研究表明，CRL5的表达受生长素信号通路上的ARF直接控制，并且CRL5通过正向调节OsRR1来促进冠根形成，OsRR1负向调节抑制冠根形成的细胞分裂素信号。它正在得到推广。然而，尽管在CRL5启动子控制下表达OsRR1的crl5突变体中观察到冠根数量显着增加，但数量显着低于野生型，这表明还有其他因素。 OsRR1 的下游参与冠根数量的增加。因此，我们使用微阵列来选择与野生型相比在crl5突变体中表达水平降低至一半或更少的基因，并从这些候选基因中，我们使用DNA珠展示系统来选择直接相互作用的基因我试图探索 CRL5 蛋白。通过这个分析，我们能够找到直接位于CRL5之下的三个候选基因。这些候选基因还包括最终抑制细胞分裂素对冠根发育的抑制作用的因子，这也表明CRL5与具有促进生根作用的生长素有关，并且被认为是对冠根发育的生根抑制作用。介导细胞分裂素与作用相互作用的重要基因。