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

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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。