Elucidation of molecular mechanism controlling morphological alteration of Arabidopsis reproductive organs due to heat stress

阐明热应激引起的拟南芥生殖器官形态改变的分子机制

• 批准号: 20J10326
• 负责人: 片野 和馬
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Sophia University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J10326/
• 关键词: Cngc2; Suc5; 花粉水和反応; 花粉管発芽; Sweet8; 茎頂分裂組織; WUS; 柱頭; 乳頭細胞; 花粉柱頭反応; 熱ストレス

前年度の研究結果により、Cngc2欠損変異体(cngc2)は花粉管の発芽が野生型よりも早く、花粉管の胚珠への到達率が高く、花粉柱頭反応が促進されている可能性が示唆された。また、糖輸送に関わる遺伝子発現が低下していたこと、さらに生殖器官や茎で可溶性糖の含有量が高くなっていたことから、「糖代謝の変化が花粉柱頭反応の促進に関わっている」可能性がある。まず、cngc2で遺伝子発現の低下が見られたSuc1, およびSuc5の欠損変異体（suc1, suc5）を用いて、生殖成長期の生育特性を調査した。その結果、suc1は野生型と同様の生育特性を示したものの、suc5は生殖成長期移行後18日目の長角果の割合が63％と高く、cngc2と似た生育特性を示した。また、糖代謝に関する遺伝子発現は、cngc2,suc5ともに花粉に糖を輸送するトランスポーターとして働くSweet8の遺伝子発現が、WTと比較して有意に高かった。花粉中の可溶性糖は、ROS生成を活性化させることで、花粉水和反応を促進させる可能性がある。cngc2もsuc5も花粉の糖トランスポーターであるsweet8の遺伝子発現が増加していたことから、花粉中の糖の含有量が増えたことによってROS含有量が増加し、それが花粉水和反応を促進したことで花粉管の発芽が促進されたというメカニズムが示唆された。次に、cngc2の生殖成長期移行後6日目、12日目の植物を用いて、茎頂分裂組織を含む部位をサンプリングし、幹細胞の維持に関わる遺伝子であるWus遺伝子の組織特異的発現解析を行った。6日目のcngc2の茎頂分裂組織におけるWusの発現はWTよりも高かったものの、12日目ではWTよりも低い傾向が見られた。従って、cngc2は生殖成長期の後半で幹細胞の維持ができなくなり、蕾や花に分化する数が減少するという可能性が示唆された。

The results of previous years showed that Cngc2 was deficient in pollen tube germination, early in wild-type pollen tube germination, high in pollen tube ovule arrival rate, and possible in pollen stigma inversion. The possibility that sugar metabolism is related to the promotion of pollen stigma reaction is discussed. To investigate the fertility characteristics during reproductive growth and development, the low level of gene development in cngc2 and Suc1, suc5 and the low level of gene development in suc1, suc5. The results showed that suc1 and suc5 had the same reproductive characteristics, while suc 1 and suc5 had the same reproductive characteristics. Sugar metabolism related gene expression, cngc2, suc5, pollen sugar transport, gene expression, WT, intentionally high Soluble sugar in pollen, ROS production, activation, pollen water and anti-oxidation Cngc2/suc5/pollen sugar content increased, pollen sugar content increased, pollen water content increased, pollen tube development increased. 6 and 12 days after the transition of reproductive growth stage, tissue-specific development analysis of stem cells was carried out in plants, including stem cell division tissue, stem cell maintenance and stem cell maintenance. 6 days of cngc2 stem top division tissue, Wus development, WT high, WT low tendency The possibility of stem cell maintenance and bud differentiation in the second half of reproductive growth is also indicated.

项目成果

花芽から長角果への早い移行を示すシロイヌナズナCngc2欠損変異体の植物生理学的解析

拟南芥 Cngc2 缺陷突变体的植物生理分析显示从花蕾到长角果的早期转变

• 发表时间: 2022
• 作者: 片野和馬;清野華子;永尾有沙;鈴木伸洋
• 通讯作者: 鈴木伸洋