クラスター根の形態形成に関与する遺伝子のRNAiによるスクリーニングと機能解析

利用RNAi筛选参与簇根形态发生的基因并进行功能分析

• 批准号: 17658032
• 负责人: 山岸 真澄
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17658032/
• 关键词: 白花ルーピン; クラスター根; cDNAライブラリー; RNAi; virus induced gene silencing; peanut stunt virus

リン酸は窒素に次いで欠乏しやすい要素である。土壌中のリン酸の大部分は結合型で、植物が直接吸収できる可溶型リン酸の土壌溶液中の濃度はおよそ1pM程度、植物体内との濃度差は2千倍以上になる。ルーピンやヤマモガシ科の植物はクラスター根と呼ばれる特殊な根を作る。この根は1cm程度の短い側根を大量に密集させて発生することで表面積が通常の根の100倍以上になる。加えて酸性フォスファターゼや有機酸の分泌量が上昇しており、結合型のリン酸を溶かして吸収する能力が強い。クラスター根の形成はリン酸欠乏やオーキシンで促進されることが分かっているが、クラスター根を誘導する遺伝子やシグナル伝達系については分かっていない。白花ルーピンのクラスター根形成に関与する遺伝子を明らかにするために、クラスター根誘導のかかった根からcDNA libraryをすでに作成した。本研究ではこのlibraryからRNAi法(遺伝子ノックアウト法の一つ)で目的の遺伝子をスクリーニングして、その機能を解析する。まずRNAi法の開発に取り組んだ。作物でクラスター根を作るのは白花ルーピンだけであるが、白花ルーピンは形質転換できない。そこでpeanut stunt virus(PSV)を用いたRNAi法を検討した。この方法は形質転換を必要としない。光合成に必須な遺伝子であるPDSをこの方法でノックダウンしたところ、葉に白い斑が入り、かつPDSの発現が抑制されていた。白花ルーピンでもRNAiを誘導できることが明らかとなった。つぎに機能の分からない遺伝子LaMYB1にRNAiを誘導した。この遺伝子は根の内鞘組織で主に発現することが分かっている。誘導した結果、LaMYB1別発現量の低下したルーピンでは根粒の着生数が減少し、かつ、LaPTやLaAPなどの遺伝子発現が低下していることが明らかとなった。

磷酸盐是氮之后最有可能缺乏的第二种。土壤中的大多数磷酸是结合的，植物可以直接在土壤溶液中吸收的可溶性磷酸盐的浓度约为下午1点，植物和植物之间的浓度差异超过2,000倍。羽扇豆和假单胞菌家族的植物产生了称为簇根的特殊根。该根是通过密集地包装大量短侧根（约1厘米）产生的，从而产生的表面积超过正常根的100倍以上。另外，酸性磷酸酶和有机酸的分泌增加，并且具有溶解和吸收结合磷酸盐的强大能力。尽管已知簇根的形成是通过磷酸盐缺乏症和生长素促进的，但诱导簇根的基因和信号系统尚不清楚。为了阐明白花羽扇豆中簇根形成的基因，已经从簇根诱导的根中创建了cDNA库。在这项研究中，使用RNAi方法（一种基因敲除方法）从该库中筛选了靶基因，并分析了其功能。首先，我们致力于开发RNAi方法。唯一在农作物中产生簇状的植物花羽状果是白花羽扇豆，但不能转化。因此，我们使用花生特技病毒（PSV）研究了RNAi方法。此方法不需要转换。当PDS是光合作用的必不可少的基因时，使用这种方法击倒了PDS时，发现白斑出现在叶片中，PDS表达被抑制。据透露，白花卢平也可以诱导RNAi。接下来，将RNAi诱导到LAMYB1中，LAMYB1是无功能功能的基因。已发现该基因主要在根部内质组织中表达。诱导的结果是，据表明，卢平的结节骨piphsy的数量降低，卢平（Lamyb1）的表达水平降低，并且诸如LAST和LAAP之类的基因表达降低。

项目成果

Shoot signals and molecular regulation of P-deficiency induced genes in cluster roots of white lupin.

白羽扇豆簇根中磷缺乏诱导基因的芽信号和分子调控。

• 发表时间: 2005
• 期刊: Proceedings of the 15th Plant Nutrition Colloquium
• 作者: J.Liu;M.Yamagishi;C.Uhde-Stone;B.Bucciarelli;D.Samac;D.Allan;C.Vance
• 通讯作者: C.Vance

Functional genomics of phosphorus deficiency in legumes.

豆类缺磷的功能基因组学。

• 发表时间: 2006
• 期刊: Plant and Animal Genome XIV Conference (in press)
• 作者: Uhde-Stone;C.;J.Liu;M.Ramirez;M.Graham;S.Ivashuta;M.Yamagishi;J.S.Gantt;G.Hernandez;M.Lara;D.Allan;C.P.Vance
• 通讯作者: C.P.Vance

Legume root genomic responses to phosphorus deficiency.

豆科植物根基因组对缺磷的反应。

• 发表时间: 2006
• 期刊: 3rd International Conference on Legume Genomics and Genetics (in press)
• 作者: Liu;J.;M.Ramirez;C.Uhde-Stone;M.Graham;S.Ivashuta;M.Yamagishi;J.S.Gantt;G.Hernandez;M.Lara;D.Allan;C.P.Vance
• 通讯作者: C.P.Vance