植物で組織ごとに異なる体内時計が働いていることを発見

2014.10.30

 遠藤求 生命科学研究科助教らの研究グループは、植物組織を高効率で単離する方法および特定の組織における遺伝子発現をモニタリングする方法など複数の新規解析手法を開発することで、時計遺伝子の概日リズムを組織レベル定量的に計測することに成功しました。

 本研究内容は、2014年10月29日(英国時間)に英国科学誌「Nature」のオンライン速報版で公開されました。

ポイント

  • 植物ではこれまで困難であった組織単位での「時計遺伝子」発現の定量解析に初めて成功
  • 維管束の時計遺伝子の機能を阻害するだけで花の咲くタイミングを遅らせることができた。
  • 植物組織の体内時計機能は、植物の精密な生長調節法開発のターゲットとして期待

概要

 これまで動物では、脳に存在する体内時計とその他の臓器に存在する体内時計の機能が異なることが知られていました。植物でも、動物のような体内時計の機能分担が組織レベルで存在する可能性は指摘されていましたが、組織単離に時間がかかるため、時々刻々と発現量が変化する体内時計に関わる時計遺伝子の発現を、定量的・経時的に測定することは困難でした。

 そこで本研究グループは、各組織での時計遺伝子の発現を迅速に測定するために、組織単離時間を従来法の1/3以下に短縮しました。また、時計遺伝子の発現を非侵襲で測定できる「TSLA法」を世界で初めて開発し、維管束に存在する時計遺伝子の性質が他の組織と大きく異なり、隣接する葉肉組織の時計遺伝子の発現に影響を与えていることを明らかにしました。さらに、維管束の時計機能を阻害するだけで植物の花の咲くタイミングを遅らせることにも成功しました。

 本研究の結果は、植物がどのように時間を測りその情報を個体レベルで統合しているのかを解明する手がかりになるだけでなく、植物の組織単位の時計機能をターゲットにすることで植物の精密な生長調節法の開発が期待されます。

図:植物におけるこれまでの組織単離法と今回開発した組織単離法の違い

  1. これまでの方法では、緑色蛍光たんぱく質GFPを植物の組織特異的に発現させ、プロトプラスト(酵素処理により細胞壁を取り除いた植物細胞)を単離し、さらにGFPを指標に目的の組織を単離していた。この方法では単離した組織の純度は高いが、時間がかかってしまうため(1時間30分~4時間30分程度)、時間とともに発現が変化する体内時計の解析には不向きであった。

  2. 今回開発した方法では、葉を短時間酵素処理することで、葉肉だけをプロトプラストとして単離した後、葉に酵素処理と超音波処理を組み合わせて行うことで、葉肉を破砕し表皮と維管束だけを効率よく単離することができる。これにより、組織単離に要する時間を30分以内に短縮することができ、時間経過に伴う発現量変化をほとんど気にすることなく組織レベルでの遺伝子発現解析を行うことができる。

研究者からのコメント

遠藤助教

 体内時計は多くの遺伝子発現の制御に関わっていますので、花成や細胞伸長など体内時計によって制御されている生理応答の解析も、組織レベルで行っていく必要があることがわかりました。本研究で開発した手法を用いることで、こうした組織レベルでの解析が大きく進むことが期待されます。

 また、維管束の時計機能を阻害するだけで植物の花の咲くタイミングを遅らせることができたことから、体内時計は植物の生長調節法開発の新たなターゲットになる可能性が期待されます。

詳しい研究内容について

書誌情報

Motomu Endo, Hanako Shimizu, Maria A. Nohales, Takashi Araki & Steve A. Kay
"Tissue-specific clocks in Arabidopsis show asymmetric coupling"
Nature Published online 29 October 2

掲載情報

  • 朝日新聞(11月17日夕刊 9面)、京都新聞(10月30日 28面)、産経新聞(10月30日夕刊 10面)および日刊工業新聞(10月30日 23面)に掲載されました。