イネにおける側根発育機構の解明と圧縮土壌耐性系統作出への応用

水稻侧根发育机制的阐明及其在耐压实品系创建中的应用

基本信息

批准号：
18J21800
负责人：
河合翼
金额：
$ 1.41万
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：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

圧縮土壌では硬盤層により親根の深根生長が抑制される一方、補償的に側根を発達させることが地上部の生育維持に貢献する。イネにはメリステムの大きなL型側根と、小さなS型側根が存在するが、前者のみが長く伸長し高次の側根を生じるため、親根の伸長停止に応答したL型側根発生を高めることで、圧縮土壌耐性イネ科作物系統を作出できると考えられる。本研究では、圧縮土壌耐性作物育種に向けて、側根補償生長の遺伝的制御機構、および補償生長を高める上での理想的な根系形態の解明を目指した。なお、当初令和2年度が最終年度であったが、新型コロナウイルス感染症による影響で研究実施が遅延したため、補助金の一部を繰越し、令和3年度も研究を実施した。側根原基サイズ制御機構の解明に向けて、これまでに見出した側根原基サイズ制御に関わる候補遺伝子の機能を解析した。その結果、L型側根発生を正に制御する因子としてホメオボックス型転写因子OsWOX10を同定した。また、同ファミリーのQHB/OsWOX5はOsWOX10の発現抑制を通じて側根原基サイズを負に制御することが判明した。加えて、小胞輸送に関わるダイナミンがオーキシンの極性輸送・側根原基におけるオーキシン分布の制御を通してOsWOX10発現を制御し、側根原基サイズを制御することが判明した。側根補償生長を高める上での理想的な根系形態の解析のため、西オーストラリア大において半水耕栽培装置を用いた根系フェノタイピングを実施した。供試イネ品種の多くが根端切除後にL型側根形成を促し、総根長・地上部生育を維持した。さらに主軸根が太い品種において、主軸根数を減らすことで側根補償生長が強化されることが判明した。本研究では、根系形態の遺伝的改良による補償生長能強化のための方策や基盤情報を得ることができた。これに基づき研究を発展させることで、将来的な圧縮土壌耐性作物系統の育成が期待される。

在压缩的土壤中，硬层抑制了母根的深根生长，而横向根代码的发展有助于维持地上生长。大米具有较大的L形侧根和小分生组织的小S形外侧根，但只有前者延伸长并产生更高的横向根，因此人们认为，通过增加L形侧根的发育来响应父母的根部发育，就可以产生一条致密的土壤抗性草作物线。这项研究旨在阐明横向根补偿生长的遗传控制机制和理想的根系形态，以增加压实土壤抗性作物育种的补偿生长。此外，尽管最后一年最初是在2020年，但由于Covid-19的影响，研究延迟了，但进行了一些补助金，但进行了研究，并于2021年进行了研究。为了阐明横向根原始大小控制的机制，我们分析了候选基因的功能，我们发现了横向根部尺寸控制的功能，我们发现了如此遥不可及。结果，同型转录因子OSWOX10被确定为一个积极调节L型横向根发育的因素。还发现，同一家族的QHB/OSWOX5通过抑制OSWOX10的表达来负面调节侧根原始的大小。此外，发现参与囊泡转运的动力素通过生长素的极性转运并控制侧根原基上的生长素的分布，并控制侧根原始根的大小。为了分析理想的根系形态以增加侧根补偿生长，在西澳大利亚州进行了使用半氢化培养设备的根系表型。测试的许多水稻品种促进了根轴后的L形侧根形成，从而保持了总根长度和地面生长。此外，发现在具有较厚的主脊髓根的品种中，减少主脊髓根的数量可增强根部补偿生长。这项研究提供了有关通过根系形态的遗传改善来增强补偿性增长的措施和基本信息的信息。基于此，预计研究将开发未来的抗土壤抗性作物。