低温脱馴化過程で起こるブドウの冬芽の過冷却能力低下機構の解明

低温脱驯过程中葡萄芽过冷能力下降机制的阐明

基本信息

批准号：
21K05555
负责人：
春日純
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Obihiro University of Agriculture and Veterinary Medicine
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K05555/
关键词：
ブドウ耐寒性冬芽過冷却組織構造脱馴化

项目摘要

氷点下温度において、ブドウの幹や枝に存在する大部分の水は凍結するのに対し、冬芽内部の原基組織は細胞を過冷却させることで凍結を回避する。本研究はブドウの耐寒性機構の解明を目的としており、2022年度は、高耐寒性品種‘山幸’を用いて、枝に存在する氷から原基組織への凍結の拡大を防ぐバリアとして働く冬芽の基部組織の構造特性について調べた。山幸の冬芽は厳冬期に-30℃程度まで過冷却できる能力を獲得するが、このような低温まで冬芽の基部組織が凍結の拡大を防ぐバリアとして働くためには、そこにある微細孔の最大径が数ナノメートル未満である必要がある。2021年度に行った市販の蛍光色素を用いた実験において、我々は厳冬期の山幸の冬芽の基部組織に存在する微細孔の直径は3nm未満であることを示す結果を得たが、本年度は、様々な分子サイズを持つポリエチレングリコール（PEG）の混合溶液と質量分析イメージングを用いた新たな手法を用いて、その微細孔サイズは2～3nmであると推測した。春に冬芽の原基組織の伸長のために、冬芽の基部を横断する道管が形成されると、それが凍結の侵入口になることで冬芽基部の凍結の拡大を防ぐバリア機能は完全に失われ、ブドウの冬芽は過冷却をできなくなると予想される。しかし、これまでに圃場で発芽を始めた冬芽が弱いながらも過冷却能力を持つといういくつかの報告がなされてきた。この機構は全くの未知であったが、我々は、蛍光色素を用いた実験によって、道管が通水を開始した直後の冬芽では、十数ナノメートル程度の直径を持つデキストランは枝から冬芽内部に染み込んでいかないことを確認した。これは、枝から冬芽内に続く通水経路の内部に、直径が十数ナノメートルよりも大きい穴を持たない何らかの構造物が存在し、それが凍結の拡大を防ぐ能力を持つことを示唆する。我々は、この構造物の特定を目指した実験を開始した。

在亚冻结温度下，葡萄树干中存在的大多数水都会冻结，而冬季芽内部的原始组织超级冷却，以避免冻结。这项研究旨在阐明葡萄的冷抗机制，在2022年，我们使用高度冷的耐药品种Yamayuki研究了冬季芽基碱基基础组织的结构特性，这是防止冰冻从分支中冰的冰块传播到原始组织的障碍。 Yamayuki的冬季芽可以在恶劣的冬季获得超酷至-30°C左右的能力，但为了使冬季芽的基本组织充当防止冰冻到如此低温的障碍，这是微孔的最大直径，必须少于几个纳米。在2021年使用市售荧光染料进行的实验中，我们获得了结果表明，在恶劣的冬季，Yamayuki冬季芽的基本组织中存在的微孔小孔小于3 nm。但是，今年，我们使用一种新方法使用新方法使用多乙二醇（PEG）的混合溶液估计微孔大小为2-3 nm，这些方法具有各种分子大小和质谱成像。当由于冬季芽原始组织以春季形式延伸而越过冬季芽的管道，预计可以防止屏障功能完全丢失，并且葡萄冬季的芽将不再能够被过冷。但是，有几个报道说，冬季芽已经开始在田野中发芽的较弱，但能力过冷。尽管这种机制是完全未知的，但我们通过使用荧光染料的实验证实，在冬季芽中，直径约十纳米的葡萄糖并未渗入导管后立即从分支的冬季芽内部渗入冬季芽的内部。这表明在从分支到冬季芽的水通道中，有一些结构，没有大于十二纳米直径的孔，该结构具有防止冷冻散布的能力。我们已经开始了旨在识别这种结构的实验。