なぜ敷石細胞に葉緑体があるのか？敷石細胞葉緑体の独自機能と形成メカニズムの解明

为什么铺路石含有叶绿体？

基本信息

批准号：
22KJ2467
负责人：
小畑智暉
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2467/
关键词：
表皮特異的プロモーター

项目摘要

植物の表皮組織のうち、葉緑体を持つのは孔辺細胞のみであるという説が教科書的な定説であるが、近年シロイヌナズナで孔辺細胞を取り囲む表皮(敷石)細胞にも葉緑体が存在することが報告された。また、我々もタバコ、キク、ハスなど多岐にわたる植物種で表皮細胞に葉緑体が存在することを確認した。一方で植物の表皮細胞でなぜ葉緑体が存在しているのかその意義については不明な点が多い。本研究では、表皮細胞でのみ葉緑体を欠損させたシロイヌナズナ系統を確立し、環境応答や生育に影響が生じるのか解析することで表皮細胞葉緑体が保持する独自機能を解明することを目指す。目的の形質転換植物を作製するためには、表皮細胞で特異的な発現を誘導するプロモーターが必要である。しかし、これまでにその条件に適したプロモーターは知られていない。そこで本年度は、表皮細胞特異的なプロモーターの探索を行った。まず、敷石細胞と孔辺細胞をレーザーで切り出し、それぞれの細胞のRNA-seq解析を行った。次に、得られたRNA-seqデータと、葉肉細胞及び孔辺細胞のプロトプラストに対するマイクロアレイデータとを比較した。この比較解析によって孔辺細胞や葉肉細胞では発現せず表皮細胞でのみ発現する可能性が高い遺伝子を選抜した。さらに、選抜した候補遺伝子のプロモーター領域に、レポーター遺伝子(葉緑体移行シグナルが付加されたYFP)を結合させた形質転換植物を作製し、共焦点顕微鏡で各細胞の葉緑体におけるYFP蛍光を確認することで、プロモーターの組織特異性を確認した。その結果、表皮細胞特異的な遺伝子発現を誘導する有用プロモーターを単離することに成功した。

教科书上的理论是，只有植物表皮组织中的保卫细胞才有叶绿体，但近年来发现拟南芥中保卫细胞周围的表皮（铺路石）细胞也有叶绿体的存在。我们还证实了多种植物的表皮细胞中存在叶绿体，包括烟草、菊花和莲花。另一方面，关于叶绿体为何存在于植物表皮细胞中及其意义，还有许多未知之处。在这项研究中，我们的目标是建立一种仅在表皮细胞中删除叶绿体的拟南芥菌株，并通过分析这是否影响环境反应和生长来阐明表皮细胞中叶绿体所维持的独特功能。为了产生所需的转化植物，需要在表皮细胞中诱导特异性表达的启动子。然而，迄今为止尚不知道适合这些条件的启动子。因此，今年，我们寻找表皮细胞特异性启动子。首先，他们用激光切下鹅卵石细胞和保卫细胞，并对每个细胞进行 RNA-seq 分析。接下来，我们将获得的 RNA-seq 数据与叶肉细胞和保卫细胞原生质体的微阵列数据进行了比较。通过这种比较分析，我们选择了可能仅在表皮细胞中表达而不在保卫细胞或叶肉细胞中表达的基因。此外，我们还制作了将报告基因（添加了叶绿体迁移信号的YFP）连接到所选候选基因的启动子区域的转基因植物，并使用共聚焦显微镜观察了每个细胞的叶绿体中的YFP荧光，这证实了这一点。启动子的组织特异性。结果，我们成功分离出一个有用的启动子，可以诱导表皮细胞特异性基因表达。