JP6207012B2 - Method for enhancing plant cold tolerance by reducing abscisic acid action - Google Patents
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Description
本発明は、植物の耐冷性強化法に関する。 The present invention relates to a method for enhancing the cold resistance of plants.
地球温暖化に伴って気候変動が拡大し、寒地・寒冷地では異常高温だけでなく異常低温も頻発するようになっており、作物の安定生産が脅かされている。このため、耐冷性が強化された品種の開発が進められているが、1993年の大冷害時のような夏季低温に打ち克てる品種の育成には成功していない。このように育種による遺伝的な改良のみの低温対策では限界があり、耐冷性を強化できる栽培方法や薬剤の開発が求められている。 Climate change is expanding with global warming, and not only abnormally high temperatures but also extremely low temperatures occur frequently in cold and cold regions, threatening the stable production of crops. For this reason, the development of varieties with enhanced cold resistance has been promoted, but cultivars that can overcome summer low temperatures such as those in the 1993 cold weather disaster have not been successfully developed. Thus, there is a limit to the low-temperature countermeasures that are only genetic improvements by breeding, and there is a demand for the development of cultivation methods and drugs that can enhance cold resistance.
これまで、植物の環境ストレス耐性(耐冷性・耐暑性・耐乾性・耐寒性等)を向上させる植物ホルモンとしては、アブシジン酸(ABA)が最も効果が大きいとされてきた。例えばABA処理により幼苗の低温枯死耐性や耐乾性が大幅に上昇することが知られている(Lang et al., (1989) Theor. Appl. Genet., 77, p.729-734; Lu et al., (2009) Plant Physiol. Biochem., 47, p.132-138)。一方でABAには植物の生育を強く抑制する作用や花粉形成を阻害する作用のあることが報告されており、ABA処理が、穂ばらみ期(花粉形成期)の耐冷性を高めることができないばかりか逆に耐冷性を弱めることが知られている(Oliver et al., (2007) Plant Cell Physiol., 48, p.1319-1330)。ABAは環境ストレスが引き金となって植物体内で合成・蓄積されることが知られており、例えばイネの穂ばらみ期に低温に遭遇すると、植物体内のABA濃度が高まり、これが花粉形成を阻害する一因となる(Oliver et al., (2007) Plant Cell Physiol., 48, p.1319-1330)。そこで、低温下でもABA濃度が高まらないようにイネを改良することで耐冷性が高まるとの考えに基づき、ABA分解酵素遺伝子を過剰発現させることでABA濃度を低下させ、耐冷性を強化することに成功した事例も報告されている(Ji X, et al., (2011) Plant Physiol., 156, p.647-662)。しかしABAが一般に環境ストレス耐性を向上させるメリットを考えると、遺伝的にABA濃度を低下させることが栽培上必ずしも良いとはいえない。また、遺伝子組換え技術を用いた耐冷性強化方法は、遺伝子組換え食品や遺伝子組換え作物の社会的受容がほとんど進んでいない日本では、直ちに農業生産において有効に活用することも難しい。このため、穂ばらみ期耐冷性を付与する新たな方法の開発が求められている。 To date, abscisic acid (ABA) has been considered to be the most effective as a plant hormone that improves environmental stress tolerance (cold resistance, heat resistance, drought resistance, cold resistance, etc.) of plants. For example, ABA treatment is known to significantly increase seedling seedling resistance and drought tolerance (Lang et al., (1989) Theor. Appl. Genet., 77, p.729-734; Lu et al (2009) Plant Physiol. Biochem., 47, p. 132-138). On the other hand, ABA has been reported to have a strong inhibitory effect on plant growth and an inhibitory effect on pollen formation, and ABA treatment cannot increase the cold resistance during the booting period (pollen formation period). On the contrary, it is known that the cold resistance is weakened (Oliver et al., (2007) Plant Cell Physiol., 48, p.1319-1330). ABA is known to be synthesized and accumulated in plant bodies triggered by environmental stress. For example, when ABA encounters low temperatures during the booting period of rice, the ABA concentration in the plant body increases, which inhibits pollen formation. (Oliver et al., (2007) Plant Cell Physiol., 48, p. 1319-1330). Therefore, based on the idea that cold tolerance can be improved by improving rice so that the ABA concentration does not increase even at low temperatures, by overexpressing the ABA degrading enzyme gene, the ABA concentration can be lowered and the cold tolerance can be enhanced. Successful cases have been reported (Ji X, et al., (2011) Plant Physiol., 156, p.647-662). However, considering the merit that ABA generally improves environmental stress tolerance, genetically lowering ABA concentration is not necessarily good for cultivation. In addition, it is difficult to immediately utilize a method for enhancing cold tolerance using genetic recombination technology effectively in agricultural production in Japan where social acceptance of genetically modified foods and genetically modified crops has hardly progressed. For this reason, development of a new method for imparting cold resistance during the booting period is required.
植物は、環境ストレスに対するアブシジン酸合成誘導だけでなく、病原体感染によるサリチル酸合成誘導、虫の食害などによるジャスモン酸合成誘導等の、独自の自己防御機構を発達させてきた。例えば植物は、病原体に感染すると、サリチル酸や他の抗菌性タンパク質などを生合成して体内に蓄積することにより全身獲得抵抗性(SAR)を誘導し、二次感染を予防する。全身獲得抵抗性は薬剤等で人工的に誘導することが可能であり、全身獲得抵抗性誘導剤は農業分野で病原菌感染防除のために既に利用されている。例えば、サリチル酸を誘導する農薬として開発されたプロベナゾール(商品名オリゼメート(登録商標))は、日本、中国、韓国、台湾、及び東南アジア諸国の水田で30年以上、いもち病防除剤として使用されてきている。しかし植物の自己防御機構は相互に複雑な制御を受けており、自己防御機構を利用した抵抗性付与方法は十分な効果を発揮できない場合もあるため、効果的な病原菌感染防除法や環境ストレス耐性付与法の開発がなおも求められている。 Plants have developed their own self-defense mechanisms, including not only abscisic acid synthesis induction against environmental stress, but also salicylic acid synthesis induction by pathogen infection and jasmonic acid synthesis induction by insect feeding damage. For example, when a plant is infected with a pathogen, it biosynthesizes salicylic acid or other antibacterial proteins and accumulates them in the body to induce systemic acquired resistance (SAR) and prevent secondary infection. The systemic acquired resistance can be artificially induced with a drug or the like, and the systemic acquired resistance inducing agent is already used for controlling pathogen infection in the agricultural field. For example, probenazole (trade name Orizemate (registered trademark)) developed as a pesticide that induces salicylic acid has been used as a rice blast control agent in rice fields in Japan, China, Korea, Taiwan, and Southeast Asian countries for more than 30 years. Yes. However, since the self-protection mechanism of plants is subject to complex control, the method of imparting resistance using the self-protection mechanism may not be effective enough, so effective pathogen infection control methods and environmental stress resistance There is still a need for the development of grant methods.
本発明は、イネ科植物の穂ばらみ期耐冷性の強化方法を提供することを課題とする。 This invention makes it a subject to provide the reinforcement | strengthening method of cold tolerance at the booting stage of a Gramineae plant.
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、サリチル酸の作用により、ABAによる植物に対する抑制作用、すなわち細胞周期(細胞分裂)の停止作用や幼苗のシュート伸長を著しく抑制する作用などを解除できること、そして植物、特にイネ科植物の穂ばらみ期耐冷性を強化し、花粉不稔の発生を抑制できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have remarkably suppressed the inhibitory action on plants by ABA, that is, the action of stopping the cell cycle (cell division) and the shoot elongation of seedlings by the action of salicylic acid. It has been found that it is possible to cancel the action and the like, and that the cold resistance of plants, particularly the grass family, can be enhanced, and the occurrence of pollen sterility can be suppressed, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明は以下を包含する。
[1]サリチル酸、サリチル酸前駆体、サリチル酸誘導剤及びそれらの塩から選択される少なくとも1つを含む、イネ科植物用の穂ばらみ期耐冷性強化剤。
[2]花粉不稔抑制剤である、上記[1]の穂ばらみ期耐冷性強化剤。
[3]幼穂形成期又は穂ばらみ期に適用するための、上記[1]又は[2]の穂ばらみ期耐冷性強化剤。
[4]サリチル酸誘導剤が、プロベナゾールである、上記[1]〜[3]の穂ばらみ期耐冷性強化剤。
[5]イネ科植物がイネである、上記[1]〜[4]の穂ばらみ期耐冷性強化剤。
[6]サリチル酸、サリチル酸前駆体、サリチル酸誘導剤及びそれらの塩から選択される少なくとも1つを、イネ科植物に施用することを含む、イネ科植物の穂ばらみ期耐冷性を強化する方法。
[7]穂ばらみ期耐冷性の強化が、花粉不稔の抑制である、上記[6]の方法。
[8]サリチル酸、サリチル酸前駆体、サリチル酸誘導剤及びそれらの塩から選択される少なくとも1つを、幼穂形成期又は穂ばらみ期に施用する、上記[6]又は[7]の方法。
[9]サリチル酸誘導剤が、プロベナゾールである、上記[6]〜[8]の方法。
[10]イネ科植物がイネである、上記[6]〜[9]の方法。
That is, the present invention includes the following.
[1] A cold tolerance enhancer for the booting period for gramineous plants, comprising at least one selected from salicylic acid, a salicylic acid precursor, a salicylic acid derivative, and salts thereof.
[2] The cold tolerance enhancer of the booting stage according to the above [1], which is a pollen sterility inhibitor.
[3] The cold tolerance enhancer of the booting stage according to the above [1] or [2], which is applied to a young panicle formation stage or a booting stage.
[4] The cold resistance enhancer for the booting stage according to the above [1] to [3], wherein the salicylic acid inducer is probenazole.
[5] The cold tolerance enhancer of the booting stage according to the above [1] to [4], wherein the grass family is rice.
[6] A method for enhancing the cold resistance of a grass family at the booting stage, which comprises applying at least one selected from salicylic acid, a salicylic acid precursor, a salicylic acid inducer and a salt thereof to the grass family.
[7] The method according to [6] above, wherein the enhancement of cold resistance during booting is suppression of pollen sterility.
[8] The method according to [6] or [7] above, wherein at least one selected from salicylic acid, a salicylic acid precursor, a salicylic acid inducer, and a salt thereof is applied in the young panicle formation stage or the booting stage.
[9] The method of [6] to [8] above, wherein the salicylic acid inducer is probenazole.
[10] The method of [6] to [9] above, wherein the gramineous plant is rice.
本発明によれば、イネ科植物の穂ばらみ期耐冷性を強化し、穂ばらみ期の低温による花粉不稔の発生を抑制することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the cold tolerance of the panaceae plant can be reinforce | strengthened and generation | occurrence | production of the pollen sterility by the low temperature of the booting phase can be suppressed.
以下、本発明を詳細に説明する。
アブシジン酸(ABA)は、植物において環境ストレス(耐冷性・耐暑性・耐乾性・耐寒性等)に曝露されることで合成が誘導される、環境ストレス耐性の向上をもたらすホルモンである。しかし穂ばらみ期(花粉形成期)に低温に遭遇することによって植物体内で合成されるABAは、植物の生育を著しく抑制し、葯において花粉形成を阻害する。一方、サリチル酸は、病原菌感染に対する植物の自己防御機構によって活性化されるシグナル分子であり、植物においてサリチル酸応答性全身獲得抵抗性(SAR)を誘導する。サリチル酸応答性SARにおける全身移動性シグナル物質の正体は長い間不明であったが、近年、そのシグナル伝達物質がサリチル酸メチルであること、そして感染部位で生成されたサリチル酸がメチルエステル化されて移動しやすい揮発性のサリチル酸メチルとなり、これが植物全身に移動し、移動先でエステラーゼの働きによりサリチル酸に戻り、多様な病原菌感染に対して抵抗性を誘導することが判明している。また、植物体内でサリチル酸の多くはサリチル酸グルコシド(SAG)の形態で液胞に貯蔵されることも知られている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
Abscisic acid (ABA) is a hormone that brings about an increase in environmental stress tolerance, in which synthesis is induced by exposure to environmental stress (cold resistance, heat resistance, drought resistance, cold resistance, etc.) in plants. However, ABA synthesized in plants by encountering low temperatures during the booting period (pollen formation period) remarkably suppresses the growth of plants and inhibits pollen formation in the pods. Salicylic acid, on the other hand, is a signal molecule that is activated by the plant's self-protection mechanism against pathogen infection, and induces salicylic acid-responsive systemic acquired resistance (SAR) in plants. The identity of systemic mobility signaling substances in salicylic acid-responsive SAR has long been unknown, but in recent years, the signaling substance is methyl salicylate, and salicylic acid produced at the site of infection migrates as methyl esterified. It has been found that the volatile methyl salicylate is easily transferred to the whole plant and returns to salicylic acid by the action of esterase at the destination, thereby inducing resistance to various pathogen infections. It is also known that most salicylic acid is stored in vacuoles in the form of salicylic acid glucoside (SAG) in plants.
本発明は、サリチル酸(SA)が、アブシジン酸の植物に対する抑制的作用を低減できることに基づき、植物の耐冷性を強化する方法及び薬剤を提供するものである。より具体的には、本発明は、サリチル酸、サリチル酸前駆体、サリチル酸誘導剤及びそれらの塩から選択される少なくとも1つを含む、イネ科植物用の穂ばらみ期耐冷性強化剤、並びに、サリチル酸、サリチル酸前駆体、サリチル酸誘導剤及びそれらの塩から選択される少なくとも1つをイネ科植物に施用することにより、イネ科植物の穂ばらみ期耐冷性を強化する方法を提供する。 This invention provides the method and chemical | medical agent which strengthen the cold tolerance of a plant based on salicylic acid (SA) being able to reduce the inhibitory effect | action with respect to a plant of abscisic acid. More specifically, the present invention relates to a panicle-time cold tolerance enhancer for gramineous plants comprising at least one selected from salicylic acid, a salicylic acid precursor, a salicylic acid derivative, and salts thereof, and salicylic acid. The present invention provides a method for enhancing the cold resistance of a grass family by applying at least one selected from a salicylic acid precursor, a salicylic acid derivative, and a salt thereof to the grass family.
本発明において「サリチル酸前駆体」とは、植物体内で代謝されてサリチル酸を生成することができるサリチル酸誘導体を意味し、具体的には例えば、サリチル酸メチル等のサリチル酸エステル、サリチル酸グルコシド等のサリチル酸の配糖体、又はそれらの誘導体などが挙げられる。なおサリチル酸及びサリチル酸前駆体は、限定するものではないが、例えば、以下の式で表すことができる。 In the present invention, the term “salicylic acid precursor” means a salicylic acid derivative that can be metabolized in a plant to produce salicylic acid. Specifically, for example, a salicylic acid ester such as methyl salicylate, a salicylic acid glucoside or the like. Examples thereof include saccharides or derivatives thereof. In addition, although a salicylic acid and a salicylic acid precursor are not limited, For example, it can represent with the following formula | equation.
ここで置換若しくは非置換の低級アルキル基は、例えばメチル基であり、糖残基は例えばグルコース残基である。一実施形態では、R1及びR2の一方が置換若しくは非置換の低級アルキル基(炭素数1〜6)又は糖残基である場合、他方が水素原子であることも好ましい。例えばR1が置換若しくは非置換の低級アルキル基(炭素数1〜6)又は糖残基であり、R2が水素原子であってもよい。また例えばR1が水素原子であり、R2が置換若しくは非置換の低級アルキル基(炭素数1〜6)又は糖残基であってもよい。 Here, the substituted or unsubstituted lower alkyl group is, for example, a methyl group, and the sugar residue is, for example, a glucose residue. In one embodiment, when one of R 1 and R 2 is a substituted or unsubstituted lower alkyl group (having 1 to 6 carbon atoms) or a sugar residue, the other is preferably a hydrogen atom. For example, R 1 may be a substituted or unsubstituted lower alkyl group (having 1 to 6 carbon atoms) or a sugar residue, and R 2 may be a hydrogen atom. For example, R 1 may be a hydrogen atom, and R 2 may be a substituted or unsubstituted lower alkyl group (having 1 to 6 carbon atoms) or a sugar residue.
本発明において用いられる「サリチル酸誘導剤」とは、植物においてサリチル酸の合成又は蓄積を促進し、植物の内因性サリチル酸含量を増加させる薬剤を意味する。農業分野では、古くから、サリチル酸や抗菌性タンパク質などの生合成・蓄積を促進し全身獲得抵抗性(SAR)を誘導する薬剤(SAR誘導剤)が、いもち病防除剤などの病原菌感染防除剤として利用されてきている。本発明では、サリチル酸依存性全身獲得抵抗性(SAR)誘導剤のうち、サリチル酸の生合成及び/又は蓄積を促進するSAR誘導剤を、サリチル酸誘導剤として好適に利用できる。サリチル酸誘導剤の具体例としては、プロベナゾール、サリチル酸配糖化酵素阻害物質インプリマチンA及びB、バリダマイシンA、1,2-ベンズイソチアゾール-3(2H)-オン1,1-ジオキシド(BIT)、セオブロキシドなどのSAR誘導剤として公知の物質やその塩が挙げられるが、これらに限定されない。サリチル酸誘導剤の特に好ましい例は、プロベナゾールである。サリチル酸誘導剤を植物に適用することにより、植物体内でサリチル酸の生成が誘導され、蓄積される。なおサリチル酸誘導剤の代わりに、サリチル酸シグナル伝達経路をより下流で活性化する、サリチル酸応答性全身獲得抵抗性(SAR)誘導剤を用いることもできる。
The “salicylic acid inducer” used in the present invention means an agent that promotes the synthesis or accumulation of salicylic acid in a plant and increases the endogenous salicylic acid content of the plant. In the agricultural field, drugs that promote biosynthesis and accumulation of salicylic acid and antibacterial proteins and induce systemic acquired resistance (SAR) (SAR inducers) have long been used as pathogen infection control agents such as rice blast control agents. It has been used. In the present invention, among salicylic acid-dependent systemic acquired resistance (SAR) inducers, SAR inducers that promote the biosynthesis and / or accumulation of salicylic acid can be suitably used as the salicylic acid inducer. Specific examples of salicylic acid inducers include probenazole, salicylic acid glycosyltransferase inhibitors implimins A and B, validamycin A, 1,2-benzisothiazol-3 (2H) -
本発明においては、サリチル酸、サリチル酸前駆体、又はサリチル酸誘導剤の塩を用いることもできる。そのような塩は、農薬分野で利用可能な任意の塩であってよく、特に限定されないが、例えば、アルカリ金属塩(ナトリウム塩、カリウム塩等)、アルカリ土類金属塩(マグネシウム塩、カルシウム塩等)、アンモニウム塩(ジメチルアンモニウム塩、トリエチルアンモニウム塩等)、無機酸塩(塩酸塩、過塩素酸塩、硫酸塩、硝酸塩、リン酸塩等)、有機酸塩(酢酸塩、メタンスルホン酸塩、クエン酸塩、乳酸塩、酒石酸塩、リンゴ酸塩等)などが挙げられる。 In the present invention, a salt of salicylic acid, a salicylic acid precursor, or a salicylic acid derivative may be used. Such a salt may be any salt that can be used in the agricultural chemical field, and is not particularly limited. For example, an alkali metal salt (sodium salt, potassium salt, etc.), an alkaline earth metal salt (magnesium salt, calcium salt) Etc.), ammonium salts (dimethylammonium salts, triethylammonium salts, etc.), inorganic acid salts (hydrochlorides, perchlorates, sulfates, nitrates, phosphates, etc.), organic acid salts (acetates, methanesulfonates, etc.) Citrate, lactate, tartrate, malate, etc.).
本発明において「イネ科植物」とは、イネ科に属する任意の植物を意味し、例えば、イネ(Oryza sativa L.)、コムギ(Triticum aestivum L.)、オオムギ(Hordeum vulgare L.)、トウモロコシ(Zea mays L.)、ソルガム(Sorghum bicolor (L.) Moench)、エリアンサス(Erianthus spp)、サトウキビ(Saccharum officinarum L.)、ライムギ(Secale cereale L.)、カラスムギ(Avena fatua)、アワ(Setaria italica)、ヒエ(Echinochloa esculenta)等のイネ科作物が挙げられるが、これらに限定されない。本発明の方法及び薬剤の適用対象となる「イネ科植物」としては、とりわけイネ(Oryza sativa L.)が好ましい。イネ科植物の任意の品種を本発明の方法及び薬剤の適用対象とすることができ、例えばイネの場合、「きたあおば」、「おぼろづき」、「たちじょうぶ」、「ゆきひかり」、「日本晴」、「ゆめぴりか」、「ななつぼし」、「ミルキークイーン」、「ほしのゆめ」、「きらら397」、「ゆきまる」、「ほのか224」、「どんとこい」、「コシヒカリ」、「ササニシキ」、「ひとめぼれ」、「あきたこまち」、「はえぬき」、「つや姫」、「なすひかり」、「キヌヒカリ」、「むつほまれ」、「ヒノヒカリ」、「津軽おとめ」、「つがるロマン」、「ゆめあかり」、「ハナエチゼン」、「夢つくし」、「ハツシモ」、「さがびより」、「どまんなか」、「かけはし」、「いわてっこ」、「まなむすめ」、「めんこいな」、「チヨニシキ」、「ふくみらい」、「にこまる」などの品種が挙げられるが、これらに限定されない。これらのイネ品種は、例えば独立行政法人農業生物資源研究所ジーンバンク(日本)などから入手することができる。 In the present invention, the term “Gramineae plant” means any plant belonging to the family Gramineae, for example, rice (Oryza sativa L.), wheat (Triticum aestivum L.), barley (Hordeum vulgare L.), corn ( Zea mays L., sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench), Erianthus spp, sugar cane (Saccharum officinarum L.), rye (Secale cereale L.), oat (Avena fatua), millet (Setaria italica) ), Gramineous crops such as Japanese millet (Echinochloa esculenta), but are not limited to these. Rice (Oryza sativa L.) is particularly preferable as the “Gramineae plant” to which the method and the drug of the present invention are applied. Arbitrary varieties of gramineous plants can be applied to the method and the drug of the present invention. For example, in the case of rice, “Kita Aoba”, “Obozuki”, “Tachijobu”, “Yukihikari”, “Nihonbare” , “Yumepirika”, “Nanatsuboshi”, “Milky Queen”, “Hoshino Yume”, “Kirara 397”, “Yukimaru”, “Honoka 224”, “Donto Koi”, “Koshihikari”, “Sasanishiki” , `` Hitomebore '', `` Akitakomachi '', `` Haenuki '', `` Tsutsuhime '', `` Nasuhikari '', `` Kinuhikari '', `` Mutsu Homare '', `` Hinohikari '', `` Tsugaru Otome '', `` Tsugaru Romance '', `` Yume Akari '' ”,“ Hanaetizen ”,“ Dream Tsukushi ”,“ Hatsushimo ”,“ Sababi Yori ”,“ Domannaka ”,“ Kakehashi ”,“ Iwa Tekko ”,“ Mana Musume ”,“ Menkoina ”,“ Chiyoshiki ”, Fukumirai "includes varieties such as" troubled ", but is not limited to these. These rice varieties can be obtained from, for example, the National Institute of Agrobiological Sciences, Genebank (Japan).
本発明においては、サリチル酸、サリチル酸前駆体、サリチル酸誘導剤及びそれらの塩から選択される少なくとも1つを、イネ科植物に施用することにより、イネ科植物の穂ばらみ期耐冷性を強化することができる。 In the present invention, at least one selected from salicylic acid, a salicylic acid precursor, a salicylic acid inducer, and salts thereof is applied to the grass family plant to enhance the cold resistance during the booting period of the grass family plant. Can do.
本発明において、イネ科植物に「施用する」とは、本願発明において用いる有効成分、すなわちサリチル酸、サリチル酸前駆体、サリチル酸誘導剤及びそれらの塩から選択される少なくとも1つを、イネ科植物に、(根又は葉などから)吸収可能な状態で適用することをいう。具体的には、サリチル酸、サリチル酸前駆体、サリチル酸誘導剤及びそれらの塩から選択される少なくとも1つを、例えば、植えつけられたイネ科植物の上から散布等により適用してもよいし、イネ科植物が栽培される土壌の表面に散布したり土壌中に混ぜ込んだりしてもよいし、田面水又は水耕栽培の水耕水に添加してもよい。一実施形態では、サリチル酸、サリチル酸前駆体、サリチル酸誘導剤又はそれらの塩は、水溶液等の液剤の形態で適用することも好ましい。そのような適用によりイネ科植物が吸収可能な状態とすることができる。 In the present invention, "to apply" to a grass plant means that the active ingredient used in the present invention, that is, at least one selected from salicylic acid, a salicylic acid precursor, a salicylic acid inducer and salts thereof, Applying in an absorbable state (from roots or leaves). Specifically, at least one selected from salicylic acid, a salicylic acid precursor, a salicylic acid derivative, and salts thereof may be applied by, for example, spraying from above the planted gramineous plant, You may sprinkle on the surface of the soil where a family plant is cultivated, may mix in soil, and may add to hydroponic water of rice field water or hydroponics. In one embodiment, it is also preferable to apply salicylic acid, a salicylic acid precursor, a salicylic acid derivative or a salt thereof in the form of a liquid agent such as an aqueous solution. Such application can make the gramineous plant resorbable.
サリチル酸、サリチル酸前駆体、サリチル酸誘導剤又はそれらの塩は、限定するものではないが、例えば、環境中濃度が0.05μM〜10mM、好ましくは0.1μM〜1mM、より好ましくは0.1μM〜500μM、例えば0.1μM〜10μMとなる量で適用してもよい。あるいは、サリチル酸、サリチル酸前駆体、サリチル酸誘導剤又はそれらの塩を、施用する土地10アール(10a)当たり、5g〜10kg、好ましくは10g〜1kg、より好ましくは10g〜500g、例えば10g〜100gとなる量で適用することも好ましい。 Salicylic acid, a salicylic acid precursor, a salicylic acid derivative or a salt thereof is not limited, for example, the concentration in the environment is 0.05 μM to 10 mM, preferably 0.1 μM to 1 mM, more preferably 0.1 μM to 500 μM, for example 0.1. You may apply by the quantity used as (micro | micron | mu) -10micromol. Alternatively, salicylic acid, a salicylic acid precursor, a salicylic acid derivative or a salt thereof is 5 g to 10 kg, preferably 10 g to 1 kg, more preferably 10 g to 500 g, for example 10 g to 100 g, per 10 ares (10a) of land to be applied. It is also preferred to apply in quantities.
イネ科植物は、幼苗期、分げつ期、幼穂や頴花が分化する幼穂形成期、分化した頴花が完成するまでの穂ばらみ期(花粉形成期)、出穂期、開花期、登熟期の各生育時期を経て結実する。サリチル酸、サリチル酸前駆体、サリチル酸誘導剤及びそれらの塩から選択される少なくとも1つの、イネ科植物への施用は、穂ばらみ期までの任意の時期に行うことができるが、幼穂形成期から穂ばらみ期(花粉形成期)までに行うことが好ましく、幼穂形成期後期〜穂ばらみ期中期に行うことがより好ましく、穂ばらみ期に行うことが特に好ましい。一例として、イネの場合、幼穂形成期は出穂前30〜15日、そのうち幼穂形成期前期は出穂前30〜25日、幼穂形成期後期は出穂前25〜15日であり、穂ばらみ期は出穂前15〜1日、そのうち穂ばらみ期前期は出穂前15〜10日、穂ばらみ期中期は出穂前10〜5日、穂ばらみ期後期は出穂前5〜1日である。本発明においては、穂ばらみ期耐冷性を強化する目的のため、穂ばらみ期(花粉形成期)に低温に曝露される前に施用を行うことが好ましいが、低温曝露と同時に施用してもよい。サリチル酸、サリチル酸前駆体、サリチル酸誘導剤又はそれらの塩は、サリチル酸が穂ばらみ期に穂に作用できるように施用する限り、穂ばらみ期よりも前(好ましくは幼穂形成期)に施用してもよいし、穂ばらみ期よりも前(好ましくは幼穂形成期)と穂ばらみ期の両方に施用してもよいし、穂ばらみ期のみに施用してもよい。本発明におけるサリチル酸、サリチル酸前駆体、サリチル酸誘導剤又はそれらの塩の施用(例えば、土壌や水等への投与)は、1回のみ行ってもよいし、2回以上繰り返して行ってもよい。 Gramineae plants are in the seedling stage, tillering stage, young panicle formation stage where young panicles and spikelets differentiate, panicle blooming stage (pollen formation stage) until differentiated spikelets are completed, heading stage, flowering stage, climbing stage Fruits through each growing season. At least one selected from salicylic acid, a salicylic acid precursor, a salicylic acid inducer, and salts thereof can be applied to the grass family at any time from the earing stage to the ear stage. It is preferably carried out before the rose stage (pollen formation stage), more preferably from the late juvenile stage to the middle stage of the boot stage, and particularly preferably during the boot stage. As an example, in the case of rice, the ear formation period is 30 to 15 days before heading, of which the first part of the ear formation period is 30 to 25 days before heading, the second part of the ear formation stage is 25 to 15 days before heading, 15 to 1 days before heading, of which the first half of the heading period is 15 to 10 days before heading, the middle stage of heading is 10 to 5 days before heading, and the second half of the heading stage is 5 to 1 day before heading. In the present invention, for the purpose of enhancing the cold resistance during the booting period, it is preferable to apply before exposure to low temperatures during the booting period (pollen formation period). Also good. As long as salicylic acid, a salicylic acid precursor, a salicylic acid inducer, or a salt thereof is applied so that salicylic acid can act on the ears at the booting stage, it is applied before the booting stage (preferably at the young panicle formation stage). Alternatively, it may be applied both before the booting stage (preferably at the juvenile stage) and at the booting stage, or only during the booting stage. The application of salicylic acid, a salicylic acid precursor, a salicylic acid inducer or a salt thereof in the present invention (for example, administration to soil or water) may be performed only once, or may be repeated twice or more.
本発明におけるイネ科植物への上記有効成分の施用は、他の薬剤、例えば、殺菌剤、殺真菌剤、殺虫剤、殺ダニ剤、除草剤などの病害防除剤や、施肥などと組み合わせて行ってもよい。 The active ingredient is applied to the grass plant in the present invention in combination with other agents such as fungicides, fungicides, insecticides, acaricides, herbicides, fertilizers and the like. May be.
イネ科植物に施用されたサリチル酸、サリチル酸前駆体、サリチル酸誘導剤又はそれらの塩は、イネ科植物によって吸収される。植物体内でサリチル酸前駆体はサリチル酸に変換される。サリチル酸誘導剤は植物体内で内生サリチル酸の合成又は蓄積を誘導する。サリチル酸は植物体内で自己防御機構発動のシグナル分子として機能することが知られているが、本発明では、シグナル伝達ではなくABA輸送阻害を介して穂ばらみ期耐冷性強化を引き起こすことが示された。 The salicylic acid, salicylic acid precursor, salicylic acid inducer or salts thereof applied to the grass family are absorbed by the grass family. The salicylic acid precursor is converted into salicylic acid in the plant. Salicylic acid inducers induce the synthesis or accumulation of endogenous salicylic acid in plants. Salicylic acid is known to function as a signal molecule for triggering the self-defense mechanism in plants, but in the present invention, it has been shown to cause cold tolerance enhancement during the booting stage through inhibition of ABA transport rather than signal transduction. It was.
イネは夏作物であり、日本の一期作の場合、通常は4月〜5月頃に種まき(播種)を行い、晩夏〜秋に収穫する。元来は熱帯性作物であるイネは、生育中に冷温(0℃超の低温)に遭遇することにより様々な障害を生じ、収穫量が大幅に減少する(冷害の発生)。例えば、幼苗期の場合12℃以下、穂ばらみ期の場合19℃以下、登熟期の場合15℃以下の気温条件に遭遇すると、冷害が発生する可能性が高い。特に、穂ばらみ期から開花期にかけての冷温は、花粉不稔化を引き起こして稔実率を低下させ、不稔籾を多く生じさせる。低温(典型的には、冷温)に曝露されたイネ科植物ではアブシジン酸の合成が誘導され、それが穂ばらみ期において生育遅延及び花粉不稔を引き起こす。 Rice is a summer crop, and in the case of Japan's first crop, it is usually seeded (seeded) from April to May and harvested in late summer to autumn. Rice, which is originally a tropical crop, suffers from various obstacles by encountering cold temperatures (low temperatures above 0 ° C) during its growth, and yields are greatly reduced (occurrence of cold damage). For example, if you encounter temperature conditions of 12 ° C or less in the seedling stage, 19 ° C or less in the booting stage, and 15 ° C or less in the ripening stage, there is a high possibility that cold damage will occur. In particular, the cold temperature from the booting stage to the flowering stage causes pollen sterility, lowers the fertilization rate, and causes many sterility. In grasses exposed to low temperatures (typically cold), the synthesis of abscisic acid is induced, which causes growth retardation and pollen sterility during the booting stage.
本発明では、サリチル酸、サリチル酸前駆体、サリチル酸誘導剤及びそれらの塩から選択される少なくとも1つを、上記のようにしてイネ科植物に施用することにより、サリチル酸のアブシジン酸の作用を低減する機能に基づいて、イネ科植物の耐冷性、特に穂ばらみ期耐冷性を強化することができ、それにより穂ばらみ期に遭遇する低温(典型的には、冷温)によって生じる低温障害(冷温障害)を軽減することができる。したがって本願発明において用いる上記有効成分のイネ科植物への施用は、穂ばらみ期の低温による低温障害が懸念される条件下(例えば冷夏)で特に有利に用いられる。特にイネの場合、本発明における「穂ばらみ期耐冷性の強化」は、通常、穂ばらみ期において日平均気温が0℃を超えて20℃未満、好ましくは12℃以上18℃以下となる冷温に曝露された場合に、低温障害が軽減されることを意味する。 In the present invention, at least one selected from salicylic acid, a salicylic acid precursor, a salicylic acid derivative, and salts thereof is applied to a grass family as described above to reduce the action of abscisic acid of salicylic acid. Based on the above, it is possible to enhance the cold tolerance of gramineous plants, in particular, the cold tolerance during the booting period, thereby causing low temperature damage (cold temperature damage) caused by the low temperature (typically cold temperature) encountered during the booting period. ) Can be reduced. Therefore, application of the above-mentioned active ingredient to the grass family used in the present invention is particularly advantageously used under conditions where there is concern about low-temperature damage due to low temperature during the booting stage (for example, cold summer). Particularly in the case of rice, the “enhanced cold resistance during booting period” in the present invention usually means that the daily average temperature exceeds 0 ° C. and lower than 20 ° C., preferably 12 ° C. or higher and 18 ° C. or lower in the booting season. It means that cold injury is alleviated when exposed to cold temperatures.
穂ばらみ期に遭遇する低温によって生じる低温障害は、主として花粉不稔化と生育遅延である。本発明における上記有効成分のイネ科植物への施用は、限定するものではないが、花粉不稔を抑制する上で特に有効である。本発明において「花粉不稔(の)抑制」とは、花粉不稔の発生を抑制し、花粉不稔による稔実率の低下を軽減又は阻止することを意味する。本発明において、花粉不稔の抑制は、具体的には、上記有効成分をイネ科植物に施用した区(処理区)において、コントロール(非処理区)と比較して、不稔花粉率が統計学的に有意に低下し、かつ頴花不稔率が統計学的に有意に低下することによって示される。 Low temperature damage caused by low temperatures encountered during the booting period is mainly pollen sterility and growth delay. The application of the active ingredient to the grass family in the present invention is not particularly limited, but is particularly effective in suppressing pollen sterility. In the present invention, “inhibition of pollen sterility” means to suppress the occurrence of pollen sterility and to reduce or prevent a decrease in the seedling rate due to pollen sterility. In the present invention, the suppression of pollen sterility is more specifically observed in the sterilized pollen rate in the section (treated section) where the active ingredient is applied to the gramineous plant compared to the control (non-treated section). This is indicated by a statistically significant reduction and a statistically significant reduction in the spikelet sterility rate.
不稔花粉率は、出穂直後の花粉についてヨード・ヨードカリ液染色法で調べた稔性に基づく、出穂直後の頴花の葯に含まれる花粉総数に対する不稔花粉の割合(%)の平均値として算出される。本発明における上記有効成分のイネ科植物への施用により、不稔花粉率を、コントロール(非処理区)と比較して、例えば15%以上、好ましくは20%以上、より好ましくは35%以上、さらに好ましくは50%以上、特に好ましくは60%以上低下させることができる。 The sterile pollen rate is the average value of the percentage of sterile pollen (%) with respect to the total number of pollen contained in the camellia camellia immediately after heading, based on the fertility of the pollen immediately after heading, as determined by the iodine-iodokari method. Calculated. By applying the active ingredient to the grass family in the present invention, the sterile pollen rate is, for example, 15% or more, preferably 20% or more, more preferably 35% or more, compared to the control (non-treated area), More preferably, it can be reduced by 50% or more, particularly preferably by 60% or more.
頴花不稔率は、出穂30日後の穎花について調べた稔実率に基づく、各穂の頴花総数に対する不稔頴花の割合(%)の平均値として算出される。本発明における上記有効成分のイネ科植物への施用により、頴花不稔率を、コントロール(非処理区)と比較して、例えば15%以上、好ましくは20%以上、より好ましくは35%以上、さらに好ましくは50%以上低下させることができる。
The spikelet sterility rate is calculated as an average value of the ratio (%) of sterile flowers with respect to the total number of spikelets of each ear, based on the ripening rate examined for
したがって本発明は、上記のようなイネ科植物の穂ばらみ期耐冷性を強化する方法を提供する。この方法を、穂ばらみ期の低温(典型的には、冷温)による障害が懸念される場合にイネ科植物に適用することで、穂ばらみ期耐冷性を強化し、花粉不稔を防止し、ひいては収量減少を軽減又は阻止することができる。 Accordingly, the present invention provides a method for enhancing the cold tolerance of the above-mentioned gramineous plants at the booting stage. Applying this method to Gramineae plants when there is concern about low temperature (typically cold) at the booting stage, strengthening the cold tolerance at the booting stage and preventing pollen sterility As a result, the yield reduction can be reduced or prevented.
なお本発明におけるアブシジン酸作用の低減による植物の耐冷性強化法は、イネ科植物以外の植物に適用するにも好適である。 In addition, the method for enhancing the cold resistance of plants by reducing the action of abscisic acid in the present invention is also suitable for application to plants other than Gramineae plants.
さらに本発明は、上記のような、サリチル酸の、イネ科植物の穂ばらみ期耐冷性を強化する作用に基づく、イネ科植物用の穂ばらみ期耐冷性強化剤も提供する。すなわち本発明は、上述のようなサリチル酸、サリチル酸前駆体、サリチル酸誘導剤及びそれらの塩から選択される少なくとも1つを含む、イネ科植物用の穂ばらみ期耐冷性強化剤にも関する。この穂ばらみ期耐冷性強化剤は、限定するものではないが、特に、花粉不稔抑制剤として用いることができる。本発明に係る穂ばらみ期耐冷性強化剤は、穂ばらみ期までに、特に、幼穂形成期又は穂ばらみ期に施用するためのものであることが好ましい。本発明に係る穂ばらみ期耐冷性強化剤のイネ科植物への施用は、上述のイネ科植物の植物の耐冷性強化方法に従って実施することができる。 Furthermore, the present invention also provides a booting-time cold tolerance enhancer for gramineous plants based on the effect of salicylic acid as described above to enhance the cold-resistance of the grass family. That is, the present invention also relates to a cold tolerance enhancer for the booting season for gramineous plants comprising at least one selected from salicylic acid, a salicylic acid precursor, a salicylic acid inducer and salts thereof as described above. Although this booting-time cold-resistant reinforcement | strengthening agent is not limited, Especially, it can be used as a pollen sterility inhibitor. It is preferable that the cold tolerance enhancer for the booting stage according to the present invention be applied by the booting stage, in particular, in the young panicle forming stage or the booting stage. Application of the cold tolerance enhancer for the booting stage according to the present invention to a grass family plant can be carried out according to the above-described method for enhancing the cold tolerance of a plant of a grass family plant.
本発明に係る穂ばらみ期耐冷性強化剤は、サリチル酸、サリチル酸前駆体、サリチル酸誘導剤及びそれらの塩から選択される少なくとも1つに加えて、農薬分野において使用される製剤補助剤を含んでもよい。製剤補助剤としては、希釈剤(鉱物質微粉、バッファー等)、界面活性剤、賦形剤、分解防止剤、保存剤、結合剤、崩壊剤、滑沢剤、着色剤、矯味矯臭剤、溶解補助剤、懸濁剤、コーティング剤等が挙げられる。本発明に係る穂ばらみ期耐冷性強化剤はまた、他の成分、例えば、殺菌剤、殺真菌剤、殺虫剤、殺ダニ剤、除草剤などの病害防除剤や、肥料成分などを含んでもよい。本発明に係る穂ばらみ期耐冷性強化剤は、任意の剤形に製剤化されていてもよく、そのような剤形としては、限定される者ではないが、例えば、錠剤、カプセル剤、粒剤、粉粒剤、粉剤、水和剤、水溶剤、乳剤、液剤、油剤、エアロゾル剤、ペースト剤等が挙げられる。 The cold tolerance enhancer at the booting stage according to the present invention may contain a formulation adjuvant used in the agricultural chemical field in addition to at least one selected from salicylic acid, a salicylic acid precursor, a salicylic acid derivative, and salts thereof. Good. As formulation aids, diluents (mineral fine powder, buffer, etc.), surfactants, excipients, decomposition inhibitors, preservatives, binders, disintegrants, lubricants, colorants, flavoring agents, dissolution Adjuvants, suspending agents, coating agents and the like can be mentioned. The booting-time cold resistance enhancer according to the present invention may also contain other components such as fungicides, fungicides, insecticides, acaricides, herbicides and other disease control agents, fertilizer components, and the like. Good. The booting-time cold resistance enhancer according to the present invention may be formulated into an arbitrary dosage form, and such a dosage form is not limited to, for example, tablets, capsules, Examples thereof include granules, powders, powders, wettable powders, aqueous solvents, emulsions, liquids, oils, aerosols, and pastes.
以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれら実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the technical scope of the present invention is not limited to these examples.
[実施例1]アブシジン酸(ABA)の生育抑制作用に対するサリチル酸(SA)の低減効果 −シュート伸長性に与える影響
28℃暗黒下で3日間かけて催芽したイネ(Oryza sativa L.)種子を、アブシジン酸(ABA)(0、0.2、1、又は5μM)とサリチル酸(SA)(0、0.2、1、又は5mM)の混合水溶液に浮かべたネット上に播種し、25℃暗黒下で栽培した。処理開始5日後に各処理区につき9個体のシュート長を測定した。
[Example 1] Reduction effect of salicylic acid (SA) on growth inhibitory action of abscisic acid (ABA)-Influence on shoot elongation
Rice (Oryza sativa L.) seeds sprouting for 3 days in the dark at 28 ° C were prepared from abscisic acid (ABA) (0, 0.2, 1, or 5 μM) and salicylic acid (SA) (0, 0.2, 1, or 5 mM) ) Was sown on a net floating in a mixed aqueous solution and grown in the dark at 25 ° C. Five days after the start of treatment, the shoot length of 9 individuals was measured for each treatment group.
その結果を図1に示す。ABAによりシュートの伸長性は著しく抑制され、ABA濃度が高まるほどその伸長抑制は顕著になった。一方、ABAと共にSAを適用した場合、このABAのシュート伸長抑制作用はSAによって有意に低減された。特に0.2μM ABA区では、1.0 mMのSAの存在下でABAの伸長抑制作用がほぼ完全に解除された。1μM ABA区及び5μM ABA区でも、1.0 mM、5.0 mMのSAの存在下で、シュート伸長抑制が有意に低減された。 The result is shown in FIG. The elongation of shoots was remarkably suppressed by ABA, and as the ABA concentration increased, the suppression of elongation became significant. On the other hand, when SA was applied together with ABA, the shoot elongation inhibitory action of ABA was significantly reduced by SA. In particular, in the 0.2 μM ABA group, the ABA elongation inhibitory action was almost completely released in the presence of 1.0 mM SA. Even in the 1 μM ABA group and the 5 μM ABA group, suppression of shoot elongation was significantly reduced in the presence of 1.0 mM and 5.0 mM SA.
この結果から、サリチル酸(SA)処理により、アブシジン酸(ABA)のシュート伸長抑制作用を低減できることが示された。 From this result, it was shown that the shoot elongation inhibitory action of abscisic acid (ABA) can be reduced by salicylic acid (SA) treatment.
[実施例2]アブシジン酸(ABA)の生育抑制作用に対するサリチル酸(SA)の低減効果 − 細胞周期に与える影響
(1)定量的PCR解析
ABAとSAとを共存させた水溶液中で生育させた実生のシュートにおける細胞周期に関与する因子の発現量の変化を調べることにより、ABAによるシュート伸長抑制作用がSAによって低減される分子的メカニズムを検討した。
[Example 2] Reduction effect of salicylic acid (SA) on growth inhibitory action of abscisic acid (ABA)-Effect on cell cycle (1) Quantitative PCR analysis
By examining changes in the expression level of factors involved in the cell cycle in seedling shoots grown in aqueous solutions in which ABA and SA coexisted, the molecular mechanism by which SA suppresses shoot elongation inhibition by ABA can be determined. investigated.
28℃暗黒下で3日間にわたり催芽したイネ種子を、ABA 2μM、ABA 2μM+SA 1mM、又はSA 1mMの水溶液上のネットに置き、25℃暗黒下で5日間培養し、シュートを伸長させた(処理区)。コントロール区(ABA 0μM + SA 0 mM)についても同様にしてシュートを伸長させた。得られたシュートからRNAを抽出し、これを鋳型として、OsCDK遺伝子群及びOsKRP遺伝子群の発現量を定量的PCR(Taqmanプローブ法)で解析した。TaqManプローブとしては5'末端がFAMで3'末端がTAMRAで修飾されたオリゴヌクレオチドを用いた(Roche Applied Science社製)。用いたプライマーの配列及びユニバーサルプローブの番号は以下のとおりである。
Rice seeds germinated for 3 days in the dark at 28 ° C. were placed on a net on an aqueous solution of
・OsCDK遺伝子群(15種類)
OsCDKA;1(GenBankアクセッション番号:AK120855)
フォワードプライマー:5'-cggcgtactaatgcactgaa-3'(配列番号1)
リバースプライマー:5'-ctctggagctctataccacaagg-3'(配列番号2)
ユニバーサルプローブ:#37
OsCDKA;2(GenBankアクセッション番号:AK101344)
フォワードプライマー:5'- gatcggcgtaccaactcatt-3'(配列番号3)
リバースプライマー:5'- tgctctataccacaatgtcacca-3'(配列番号4)
ユニバーサルプローブ:#37
OsCDKB;1(GenBankアクセッション番号:CI522617)
フォワードプライマー:5'- accggtgttgacatttggtt-3'(配列番号5)
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ユニバーサルプローブ:#68
OsCDKB;2(GenBankアクセッション番号:AK059682)
フォワードプライマー:5'- ctcaagaagtacacccacgaga-3'(配列番号7)
リバースプライマー:5'- agatgtcaaccggagtggag-3'(配列番号8)
ユニバーサルプローブ:#142
OsCDKC;1(GenBankアクセッション番号:AK073808)
フォワードプライマー:5'- tttgcagagcttctcaatgg-3'(配列番号9)
リバースプライマー:5'- catcaaatattttgctcagttgct-3'(配列番号10)
ユニバーサルプローブ:#72
OsCDKC;2(GenBankアクセッション番号:AK103469)
フォワードプライマー:5'- ggaaagccaatattgacagga-3'(配列番号11)
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ユニバーサルプローブ:#106
OsCDKC;3(GenBankアクセッション番号:AK241084)
フォワードプライマー:5'- tcaacctggccgactacg-3'(配列番号13)
リバースプライマー:5'- ccatagcctcgaatacttcacc-3'(配列番号14)
ユニバーサルプローブ:#124
OsCDKD;1(GenBankアクセッション番号:AK120162)
フォワードプライマー:5'- ttgctgaactgctgcttagg-3'(配列番号15)
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ユニバーサルプローブ:#80
OsCDKE;1(GenBankアクセッション番号:AK066824)
フォワードプライマー:5'- aagtgataacggggttgttgtt-3'(配列番号17)
リバースプライマー:5'- ttcagcaaaaatgcaaccaa-3'(配列番号18)
ユニバーサルプローブ:#50
OsCDKF;1(GenBankアクセッション番号:AK059487)
フォワードプライマー:5'- cctgctcatctccgaggac-3'(配列番号19)
リバースプライマー:5'- ttggtatgttcctgtctcctga-3'(配列番号20)
ユニバーサルプローブ:#162
OsCDKF;2(GenBankアクセッション番号:AL732536)
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リバースプライマー:5'- gaagcacgtcgcgaaact-3'(配列番号22)
ユニバーサルプローブ:#25
OsCDKF;3(GenBankアクセッション番号:AK098991)
フォワードプライマー:5'- tgatatgtgggctgttggtg-3'(配列番号23)
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ユニバーサルプローブ:#102
OsCDKF;4(GenBankアクセッション番号:AK100966)
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ユニバーサルプローブ:#53
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フォワードプライマー:5'- ggtttcgcgaactacctctg-3'(配列番号27)
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ユニバーサルプローブ:#15
OsCDKG;2(GenBankアクセッション番号:AK099095)
フォワードプライマー:5'- caccaggaaatcaatggaca-3'(配列番号29)
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ユニバーサルプローブ:#5
・ OsCDK gene group (15 types)
OsCDKA; 1 (GenBank accession number: AK120855)
Forward primer: 5'-cggcgtactaatgcactgaa-3 '(SEQ ID NO: 1)
Reverse primer: 5'-ctctggagctctataccacaagg-3 '(SEQ ID NO: 2)
Universal probe: # 37
OsCDKA; 2 (GenBank accession number: AK101344)
Forward primer: 5'-gatcggcgtaccaactcatt-3 '(SEQ ID NO: 3)
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Universal probe: # 37
OsCDKB; 1 (GenBank accession number: CI522617)
Forward primer: 5'-accggtgttgacatttggtt-3 '(SEQ ID NO: 5)
Reverse primer: 5'-tgccagtccctcaaatcagt-3 '(SEQ ID NO: 6)
Universal probe: # 68
OsCDKB; 2 (GenBank accession number: AK059682)
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OsCDKC; 1 (GenBank accession number: AK073808)
Forward primer: 5'-tttgcagagcttctcaatgg-3 '(SEQ ID NO: 9)
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OsCDKC; 2 (GenBank accession number: AK103469)
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Universal probe: # 124
OsCDKD; 1 (GenBank accession number: AK120162)
Forward primer: 5'-ttgctgaactgctgcttagg-3 '(SEQ ID NO: 15)
Reverse primer: 5'-ttcccaagttgatcaatgtcac-3 '(SEQ ID NO: 16)
Universal probe: # 80
OsCDKE; 1 (GenBank accession number: AK066824)
Forward primer: 5'- aagtgataacggggttgttgtt-3 '(SEQ ID NO: 17)
Reverse primer: 5'-ttcagcaaaaatgcaaccaa-3 '(SEQ ID NO: 18)
Universal probe: # 50
OsCDKF; 1 (GenBank accession number: AK059487)
Forward primer: 5'-cctgctcatctccgaggac-3 '(SEQ ID NO: 19)
Reverse primer: 5'-ttggtatgttcctgtctcctga-3 '(SEQ ID NO: 20)
Universal probe: # 162
OsCDKF; 2 (GenBank accession number: AL732536)
Forward primer: 5'-cgttcttgtccttgtgcttg-3 '(SEQ ID NO: 21)
Reverse primer: 5'-gaagcacgtcgcgaaact-3 '(SEQ ID NO: 22)
Universal probe: # 25
OsCDKF; 3 (GenBank accession number: AK098991)
Forward primer: 5'-tgatatgtgggctgttggtg-3 '(SEQ ID NO: 23)
Reverse primer: 5'-tatgatccggtgtcccaag-3 '(SEQ ID NO: 24)
Universal probe: # 102
OsCDKF; 4 (GenBank accession number: AK100966)
Forward primer: 5'-tgaagtttcagttccctcaggt-3 '(SEQ ID NO: 25)
Reverse primer: 5'-gtcccatgagcacagtgatg-3 '(SEQ ID NO: 26)
Universal probe: # 53
OsCDKG; 1 (GenBank accession number: AK111593)
Forward primer: 5′-ggtttcgcgaactacctctg-3 ′ (SEQ ID NO: 27)
Reverse primer: 5'-atgtttcttgaagcgcctgt-3 '(SEQ ID NO: 28)
Universal probe: # 15
OsCDKG; 2 (GenBank accession number: AK099095)
Forward primer: 5'-caccaggaaatcaatggaca-3 '(SEQ ID NO: 29)
Reverse primer: 5'-gggccatcaagcttcctatc-3 '(SEQ ID NO: 30)
Universal probe: # 5
・OsKRP遺伝子群(6種類)
OsKRP1(GenBankアクセッション番号:AK103084)
フォワードプライマー:5'- cgagatcgaggcgttctt-3'(配列番号31)
リバースプライマー:5'- caccggagtccactcgaa-3'(配列番号32)
ユニバーサルプローブ:#30
OsKRP2(GenBankアクセッション番号:DQ229363)
フォワードプライマー:5'- ggaattgttgggctgttctg-3'(配列番号33)
リバースプライマー:5'- ctctcctcgtcgtgatcctc-3'(配列番号34)
ユニバーサルプローブ:#63
OsKRP3(GenBankアクセッション番号:DQ229364)
フォワードプライマー:5'- gacgtcgtcagtggagaaaga-3'(配列番号35)
リバースプライマー:5'- cagggttgtgcttgtgctc-3'(配列番号36)
ユニバーサルプローブ:#70
OsKRP4(GenBankアクセッション番号:AK064173)
フォワードプライマー:5'- gccacaacattattccagca-3'(配列番号37)
リバースプライマー:5'- ggcagtcattcacaggatca-3'(配列番号38)
ユニバーサルプローブ:#11
OsKRP5(GenBankアクセッション番号:AK064723)
フォワードプライマー:5'- gcgacaacgttcttgacctc-3'(配列番号39)
リバースプライマー:5'- aggcgttgtctccctggt-3'(配列番号40)
ユニバーサルプローブ:#55
OsKRP6(GenBankアクセッション番号:AK111010)
フォワードプライマー:5'- ccaggaaggcgaagaagg-3'(配列番号41)
リバースプライマー:5'- ggagcgtccttgacgatg-3'(配列番号42)
ユニバーサルプローブ:#108
・ OsKRP genes (6 types)
OsKRP1 (GenBank accession number: AK103084)
Forward primer: 5'-cgagatcgaggcgttctt-3 '(SEQ ID NO: 31)
Reverse primer: 5'-caccggagtccactcgaa-3 '(SEQ ID NO: 32)
Universal probe: # 30
OsKRP2 (GenBank accession number: DQ229363)
Forward primer: 5'-ggaattgttgggctgttctg-3 '(SEQ ID NO: 33)
Reverse primer: 5'-ctctcctcgtcgtgatcctc-3 '(SEQ ID NO: 34)
Universal probe: # 63
OsKRP3 (GenBank accession number: DQ229364)
Forward primer: 5'-gacgtcgtcagtggagaaaga-3 '(SEQ ID NO: 35)
Reverse primer: 5'-cagggttgtgcttgtgctc-3 '(SEQ ID NO: 36)
Universal probe: # 70
OsKRP4 (GenBank accession number: AK064173)
Forward primer: 5'-gccacaacattattccagca-3 '(SEQ ID NO: 37)
Reverse primer: 5'-ggcagtcattcacaggatca-3 '(SEQ ID NO: 38)
Universal probe: # 11
OsKRP5 (GenBank accession number: AK064723)
Forward primer: 5'-gcgacaacgttcttgacctc-3 '(SEQ ID NO: 39)
Reverse primer: 5'-aggggtgtgtctccctggt-3 '(SEQ ID NO: 40)
Universal probe: # 55
OsKRP6 (GenBank accession number: AK111010)
Forward primer: 5'-ccaggaaggcgaagaagg-3 '(SEQ ID NO: 41)
Reverse primer: 5'-ggagcgtccttgacgatg-3 '(SEQ ID NO: 42)
Universal probe: # 108
その結果を図2(OsCDK遺伝子群)及び図3(OsKRP遺伝子群)に示す。
図2に示されるように、細胞周期を進行させる機能を有するイネCDK遺伝子(OsCDK)15種類のうち、OsCDKB;1及びOsCDKB;2遺伝子では、ABA単独処理により発現量が有意にかつ顕著に低下したが、ABAと共にSAで処理することによりその低下が低減した。また、図3に示されるように、CDKを阻害することにより細胞周期を停止させる機能を有するイネKRP遺伝子(OsKRP)6種類のうち、OsKRP4及びOsKRP5遺伝子では、ABA単独処理で遺伝子発現量が有意に増加したが、ABAと共にSAで処理することによりその増加が抑制された。
The results are shown in FIG. 2 (OsCDK gene group) and FIG. 3 (OsKRP gene group).
As shown in Fig. 2, among 15 types of rice CDK genes (OsCDK) having the function of advancing the cell cycle, the expression levels of OsCDKB; 1 and OsCDKB; 2 genes are significantly and significantly reduced by ABA treatment alone. However, treatment with SA along with ABA reduced the decrease. In addition, as shown in FIG. 3, among 6 types of rice KRP genes (OsKRP) having the function of stopping the cell cycle by inhibiting CDK, the expression level of OsKRP4 and OsKRP5 genes is significant when ABA alone is treated. However, the increase was suppressed by treatment with SA together with ABA.
(2)酵母ツーハイブリッド解析
OsKRPタンパク質と相互作用するOsCDKタンパク質を特定するために、酵母ツーハイブリッド(yeast two-hybrid)解析を行った。解析にはMatchmakerTM Gold酵母ツーハイブリッドシステム(Clontech, USA)を使用した。OsCDKA;1、OsCDKA;2、OsCDKB;2、OsKRP4及びOsKRP5の各遺伝子のオープンリーディングフレームをcDNAクローニング1st PCR用プライマーでPCR増幅し、さらにその増幅産物をcDNAクローニング2nd PCR用プライマーでPCR増幅した。次に、In-Fusion HDクローニングキット(Clontech, USA)を用いて、OsCDKA1、OsCDKA2及びOsCDKB2の各遺伝子について得られたPCR増幅断片をベクターpGADT7-AD(Clontech, USA;prey用)中に、OsKRP4及びOsKRP5の各遺伝子について得られたPCR増幅断片をベクターpGBKT7-BD(Clontech, USA;bait用)中に組み込み、融合タンパク質を発現するベクターを作製した。これらの最終コンストラクトについてはシーケンサーで塩基配列を確認した。baitとpreyのコンストラクトを種々に組み合わせて酵母株Y2HGold(Clontech, USA)に導入し、その酵母について、ロイシンとトリプトファンを欠如した最少培地(DDO)及びDDOにXa-GalとオーレオバシジンAを加えた培地(DDOXA)で育つ能力を30℃で調べた。PCRに用いたプライマー配列は以下のとおりである。
(2) Yeast two-hybrid analysis
In order to identify OsCDK protein that interacts with OsKRP protein, a yeast two-hybrid analysis was performed. The Matchmaker ™ Gold yeast two-hybrid system (Clontech, USA) was used for the analysis. The open reading frames of OsCDKA; 1, OsCDKA; 2, OsCDKB; 2, OsKRP4 and OsKRP5 genes were PCR amplified with cDNA cloning 1st PCR primers, and the amplified products were further PCR amplified with cDNA cloning 2nd PCR primers. Next, using the In-Fusion HD cloning kit (Clontech, USA), the PCR amplified fragments obtained for the OsCDKA1, OsCDKA2 and OsCDKB2 genes were transferred into the vector pGADT7-AD (Clontech, USA; prey) in the OsKRP4 And the PCR amplification fragment obtained for each gene of OsKRP5 was incorporated into the vector pGBKT7-BD (Clontech, USA; for bait) to prepare a vector expressing the fusion protein. About these final constructs, the base sequence was confirmed with the sequencer. Various combinations of bait and prey constructs were introduced into the yeast strain Y2HGold (Clontech, USA). For that yeast, minimal medium (DDO) lacking leucine and tryptophan and DDO with Xa-Gal and aureobasidin A added. The ability to grow in a medium (DDOXA) was examined at 30 ° C. The primer sequences used for PCR are as follows.
OsCDKA;1
cDNAクローニング1st PCR
フォワードプライマー:5'-attgggcggcaaacggagg-3'(配列番号43)
リバースプライマー:5'-aagggcacagcgttcacag-3'(配列番号44)
cDNAクローニング2nd PCR
フォワードプライマー:5'-gaggccagtgaattcatggagcagtacgagaaggaggag-3'(配列番号45)
リバースプライマー:5'-gagctcgatggatcctcattgtaccatctcaaggtcctt-3'(配列番号46)
OsCDKA;2
cDNAクローニング1st PCR
フォワードプライマー:5'-tcatccccaagtccaccac-3'(配列番号47)
リバースプライマー:5'-ctcggctgagcaaacaatgc-3'(配列番号48)
cDNAクローニング2nd PCR
フォワードプライマー:5'-gaggccagtgaattcatggagcagtacgagaaggtggag-3'(配列番号49)
リバースプライマー:5'-gagctcgatggatccctacgccacttccaggtccttgaa-3'(配列番号50)
OsCDKB;2
cDNAクローニング1st PCR
フォワードプライマー:5'-caaaccctaaatccacgcgc-3'(配列番号51)
リバースプライマー:5'-ttcagggcaggctagtcac-3'(配列番号52)
cDNAクローニング2nd PCR
フォワードプライマー:5'-gaggccagtgaattcatggcggcgctccaccaccaggcg-3'(配列番号53)
リバースプライマー:5'-gagctcgatggatcctcagtagagctccttgttcacgtc-3'(配列番号54)
OsKRP4
cDNAクローニング1st PCR
フォワードプライマー:5'-ccttagccgctaatgctccg-3'(配列番号55)
リバースプライマー:5'-tctgccacgctactactgtg-3'(配列番号56)
cDNAクローニング2nd PCR
フォワードプライマー:5'-catggaggccgaattcatgggcaagtacatgcgcaaggcc-3'(配列番号57)
リバースプライマー:5'-gcaggtcgacggatcctcagtctagcttgacccattcaaa-3'(配列番号58)
OsKRP5
cDNAクローニング1st PCR
フォワードプライマー:5'-cgcgattctcctcccttcc-3'(配列番号59)
リバースプライマー:5'-gaattgcattttgcctctgcc-3'(配列番号60)
cDNAクローニング2nd PCR
フォワードプライマー:5'-catggaggccgaattcatggggaagtacatgcggaagggg-3'(配列番号61)
リバースプライマー:5'-gcaggtcgacggatccctagcagtctagccttgtccattc-3'(配列番号62)
OsCDKA; 1
cDNA cloning 1st PCR
Forward primer: 5'-attgggcggcaaacggagg-3 '(SEQ ID NO: 43)
Reverse primer: 5'-aagggcacagcgttcacag-3 '(SEQ ID NO: 44)
cDNA cloning 2nd PCR
Forward primer: 5'-gaggccagtgaattcatggagcagtacgagaaggaggag-3 '(SEQ ID NO: 45)
Reverse primer: 5'-gagctcgatggatcctcattgtaccatctcaaggtcctt-3 '(SEQ ID NO: 46)
OsCDKA; 2
cDNA cloning 1st PCR
Forward primer: 5'-tcatccccaagtccaccac-3 '(SEQ ID NO: 47)
Reverse primer: 5'-ctcggctgagcaaacaatgc-3 '(SEQ ID NO: 48)
cDNA cloning 2nd PCR
Forward primer: 5'-gaggccagtgaattcatggagcagtacgagaaggtggag-3 '(SEQ ID NO: 49)
Reverse primer: 5'-gagctcgatggatccctacgccacttccaggtccttgaa-3 '(SEQ ID NO: 50)
OsCDKB; 2
cDNA cloning 1st PCR
Forward primer: 5'-caaaccctaaatccacgcgc-3 '(SEQ ID NO: 51)
Reverse primer: 5'-ttcagggcaggctagtcac-3 '(SEQ ID NO: 52)
cDNA cloning 2nd PCR
Forward primer: 5'-gaggccagtgaattcatggcggcgctccaccaccaggcg-3 '(SEQ ID NO: 53)
Reverse primer: 5'-gagctcgatggatcctcagtagagctccttgttcacgtc-3 '(SEQ ID NO: 54)
OsKRP4
cDNA cloning 1st PCR
Forward primer: 5'-ccttagccgctaatgctccg-3 '(SEQ ID NO: 55)
Reverse primer: 5'-tctgccacgctactactgtg-3 '(SEQ ID NO: 56)
cDNA cloning 2nd PCR
Forward primer: 5'-catggaggccgaattcatgggcaagtacatgcgcaaggcc-3 '(SEQ ID NO: 57)
Reverse primer: 5'-gcaggtcgacggatcctcagtctagcttgacccattcaaa-3 '(SEQ ID NO: 58)
OsKRP5
cDNA cloning 1st PCR
Forward primer: 5'-cgcgattctcctcccttcc-3 '(SEQ ID NO: 59)
Reverse primer: 5'-gaattgcattttgcctctgcc-3 '(SEQ ID NO: 60)
cDNA cloning 2nd PCR
Forward primer: 5'-catggaggccgaattcatggggaagtacatgcggaagggg-3 '(SEQ ID NO: 61)
Reverse primer: 5'-gcaggtcgacggatccctagcagtctagccttgtccattc-3 '(SEQ ID NO: 62)
図4に示すように、OsKRP4タンパク質とOsKRP5タンパク質は、OsCDKA;1タンパク質及びOsCDKA;2タンパク質と相互作用することが判明した。但し、OsKRP4タンパク質とOsCDKA;2タンパク質との間の相互作用は弱かった。 As shown in FIG. 4, it was found that OsKRP4 and OsKRP5 proteins interact with OsCDKA; 1 protein and OsCDKA; 2 protein. However, the interaction between OsKRP4 protein and OsCDKA; 2 protein was weak.
(3)細胞周期への影響
上記のとおり、ABAは、細胞周期をG2期からM期へ進行させるOsCDKB;1遺伝子とOsCDKB;2遺伝子の発現を抑制するが、ABAと共にSAで処理することによりその発現抑制作用が低減されることが示された。また、サイクリンと複合体を形成して細胞周期を進行させるCDKA;1とCDKA;2(両因子ともG1期→S期の進行に関与)のインヒビターである、OsKRP4とOsKRP5の遺伝子発現をABAは促進するが、ABAと共にSAで処理することによりその発現促進作用が抑制されることが明らかとなった。すなわちSAは、ABAによる細胞周期の進行抑制作用を低減することが示された。
(3) Effect on the cell cycle As described above, ABA suppresses the expression of OsCDKB; 1 gene and OsCDKB; 2 gene, which progresses the cell cycle from G2 phase to M phase, but by treating with ABA with SA It was shown that the expression suppression action is reduced. In addition, the expression of OsKRP4 and OsKRP5 genes, which are inhibitors of CDKA; 1 and CDKA; 2 (both factors are involved in the progression from G1 to S), which form a complex with cyclin and advance the cell cycle, It was clarified that the expression promoting action is suppressed by treatment with SA together with ABA. That is, SA was shown to reduce the cell cycle progression inhibitory effect of ABA.
[実施例3]アブシジン酸(ABA)の生育抑制作用に対するサリチル酸(SA)の低減効果 − 核内倍加と新規DNA合成に及ぼす影響
28℃暗黒下で3日間かけて催芽したイネ種子を、ABA 2μM、ABA 2μM+SA 0.4mM、ABA 2μM+SA 1mM、又はSA 1mMの水溶液上のネットに置き、25℃暗黒下で5日間培養し、シュートを伸長させた(処理区)。コントロール区(ABA 0μM + SA 0 mM)についても同様にしてシュートを伸長させた。シュートの茎頂を含む組織を切り出して、核内倍加した4C細胞(G2期の4倍体細胞)の比率をフローサイトメトリーによって測定した。
[Example 3] Reduction effect of salicylic acid (SA) on growth inhibitory action of abscisic acid (ABA)-Effect on endonucleodoubling and new DNA synthesis
Rice seeds germinated for 3 days in the dark at 28 ° C are placed in a net on an ABA 2μM, ABA 2μM + SA 0.4mM, ABA 2μM + SA 1mM, or SA 1mM solution and cultured in the dark at 25 ° C for 5 days Then, the chute was extended (processing section). For the control group (
その結果、ABA及びSAで処理していないコントロールと比較して、ABA単独処理区では処理2日後に4C細胞の比率が低下し、処理5日後には半分以下となった(図5)。これに対し、ABAと共にSAを用いた共存処理区(SA共存処理区)では、4C細胞の比率の低下が緩和され、特に1 mM SAを用いた処理区ではABA無処理区(コントロール)とほぼ同程度の4Cの比率となった(図5)。これらの結果から、SAにはABAの核内倍加抑制作用を低減する働きがあることが明らかになった。 As a result, compared to the control not treated with ABA and SA, the ratio of 4C cells decreased after 2 days of treatment in the ABA single treatment group, and became less than half after 5 days of treatment (FIG. 5). In contrast, in the coexistence treatment group using SA together with ABA (SA coexistence treatment group), the decrease in the ratio of 4C cells was alleviated, and in particular, the treatment group using 1 mM SA was almost the same as the ABA non-treatment group (control). The ratio was about 4C (Fig. 5). From these results, it was revealed that SA has a function of reducing the ABA intranuclear doubling inhibitory action.
さらに、シュートの茎頂細胞における新規DNA合成に及ぼすABAとSAの影響を調べるため、細胞内の新規DNAの取り込みについてチミジンアナログであるBrdU(5-ブロモ-2'-デオキシウリジン)を用いて解析した。まず、28℃暗黒下で3日間かけて催芽したイネ種子を、ABA 2μM、ABA 2μM+SA 1mM、又はSA 1mMの水溶液上のネットに置き、25℃暗黒下で24時間培養してシュートを伸長させ、さらに50 μM BrdU及び1 μM 5-フルオロデオキシウリジンを添加して25℃暗黒下で24時間培養することにより、BrdUをイネ幼苗に取り込ませた。BrdUでラベルした幼苗組織を4% (w/v) パラホルムアルデヒドを含む0.1 Mリン酸バッファー溶液(pH 7.0)中で16時間4℃で固定した。固定後、サンプルを0.2 M スクロースを含む0.1 M PBSで洗浄し、濃度を段階的に増加させたエタノール溶液で順次脱水した。脱水したサンプルをTechnovit 7100樹脂(Kulzer & Co., Werheim, Germany)で包埋し、ウルトラミクロトームにより茎頂細胞を含む組織の準超薄切片(厚さ0.5μm)を作成した。この切片に対してAlexa 488で標識したBrdU抗体で蛍光染色を行い、蛍光顕微鏡で核の蛍光を観察した。さらにDNAを染色するDAPI(4'6-ジアミジノ-2-フェニルインドールジヒドロクロリド)を用いた染色を行い、観察した。 Furthermore, in order to investigate the effects of ABA and SA on new DNA synthesis in shoot shoot apical cells, we analyzed the uptake of new DNA in cells using thymidine analog BrdU (5-bromo-2'-deoxyuridine). did. First, rice seeds germinated for 3 days in the dark at 28 ° C are placed on a net on an ABA 2µM, ABA 2µM + SA 1mM, or SA 1mM aqueous solution, and cultured in the dark at 25 ° C for 24 hours to extend the shoots. Further, 50 μM BrdU and 1 μM 5-fluorodeoxyuridine were added, and cultured in the dark at 25 ° C. for 24 hours to incorporate BrdU into rice seedlings. Seedling tissues labeled with BrdU were fixed in 0.1 M phosphate buffer solution (pH 7.0) containing 4% (w / v) paraformaldehyde for 16 hours at 4 ° C. After fixation, the sample was washed with 0.1 M PBS containing 0.2 M sucrose, and dehydrated sequentially with an ethanol solution with increasing concentrations. The dehydrated sample was embedded with Technovit 7100 resin (Kulzer & Co., Werheim, Germany), and a quasi-ultra thin section (thickness 0.5 μm) of tissue containing shoot apical cells was prepared with an ultramicrotome. This section was subjected to fluorescence staining with a BrdU antibody labeled with Alexa 488, and the fluorescence of the nucleus was observed with a fluorescence microscope. Furthermore, staining using DAPI (4′6-diamidino-2-phenylindole dihydrochloride) that stains DNA was performed and observed.
結果を図6に示す。DAPI染色レベルには処理区間で違いは認められなかったが、ABA単独処理区では、無処理区と比較してBrdUの取り込みが著しく低下したことから、ABAが新規DNA合成を抑制することが示された。これに対し、SA共存処理区では、BrdUの取り込みの低下は認められず、ABAによる新規DNA合成の抑制を、SAが低減することが示された。 The results are shown in FIG. The DAPI staining level did not differ between the treatment sections. However, the ABA treatment group significantly reduced BrdU incorporation compared to the untreated group, indicating that ABA suppresses new DNA synthesis. It was done. In contrast, no decrease in BrdU incorporation was observed in the SA coexisting treatment group, indicating that SA reduces the suppression of new DNA synthesis by ABA.
[実施例4]アブシジン酸(ABA)の生育抑制作用に対するサリチル酸(SA)の低減効果 − ABA分解酵素遺伝子の発現解析及びABA濃度の測定
SAがABAの分解促進又は移動阻害を誘導しているかどうかを調べるため、ABA分解酵素遺伝子の発現量と、シュートにおけるABA濃度の測定を行った。
[Example 4] Reduction effect of salicylic acid (SA) on growth inhibitory action of abscisic acid (ABA)-Expression analysis of ABA degrading enzyme gene and measurement of ABA concentration
In order to examine whether SA induces ABA degradation acceleration or migration inhibition, the expression level of the ABA degrading enzyme gene and the ABA concentration in the shoot were measured.
まず、SAがABA分解酵素遺伝子の発現に与える影響を明らかにするために、ABA分解酵素遺伝子ABA8ox1、ABA8ox2及びABA8ox3の発現量(mRNAレベル)の変化を調べた。28℃暗黒下で3日間にわたり催芽したイネ種子を、ABA 2μM、ABA 2μM+SA 1mM、又はSA 1mMの水溶液上のネットに置き、25℃暗黒下で5日間培養し、シュートを伸長させた(処理区)。コントロール区(ABA 0μM + SA 0mM)についても同様にしてシュートを伸長させた。得られたシュートからRNAを抽出し、これを鋳型として、ABA8ox1、ABA8ox2及びABA8ox3遺伝子の発現量を定量的PCR(Taqmanプローブ法)で解析した。TaqManプローブとしては5'末端がFAMで3'末端がTAMRAで修飾されたオリゴヌクレオチドを用いた(Roche Applied Science社製)。用いたプライマーの配列及びユニバーサルプローブの番号は以下のとおりである。
First, in order to clarify the effect of SA on the expression of the ABA degrading enzyme gene, changes in the expression levels (mRNA levels) of the ABA degrading enzyme genes ABA8ox1, ABA8ox2, and ABA8ox3 were examined. Rice seeds germinated for 3 days in the dark at 28 ° C. were placed on a net on an aqueous solution of
・ABA8ox遺伝子群(3種類)
ABA8ox1(GenBankアクセッション番号:AK067007)
フォワードプライマー:5'-tcaacaccttccaagagatgaa-3'(配列番号63)
リバースプライマー:5'-atctcctcctccccgaag-3'(配列番号64)
ユニバーサルプローブ:#56
ABA8ox2(GenBankアクセッション番号:AK120757)
フォワードプライマー:5'-ggcgagcataatctccttca-3'(配列番号65)
リバースプライマー:5'-ccctttggaatcaggaaacc-3'(配列番号66)
ユニバーサルプローブ:#34
ABA8ox3(GenBankアクセッション番号:CI523426)
フォワードプライマー:5'-catggccctaacccacaa-3'(配列番号67)
リバースプライマー:5'-gggataaggaaccctttgtactc-3'(配列番号68)
ユニバーサルプローブ:#159
・ ABA8ox gene group (3 types)
ABA8ox1 (GenBank accession number: AK067007)
Forward primer: 5'-tcaacaccttccaagagatgaa-3 '(SEQ ID NO: 63)
Reverse primer: 5'-atctcctcctccccgaag-3 '(SEQ ID NO: 64)
Universal probe: # 56
ABA8ox2 (GenBank accession number: AK120757)
Forward primer: 5'-ggcgagcataatctccttca-3 '(SEQ ID NO: 65)
Reverse primer: 5'-ccctttggaatcaggaaacc-3 '(SEQ ID NO: 66)
Universal probe: # 34
ABA8ox3 (GenBank accession number: CI523426)
Forward primer: 5'-catggccctaacccacaa-3 '(SEQ ID NO: 67)
Reverse primer: 5'-gggataaggaaccctttgtactc-3 '(SEQ ID NO: 68)
Universal probe: # 159
その結果を図7に示す。ABA単独処理区では、ABA8ox1の発現量が処理4日後から、ABA8ox2とABA8ox3の発現量が処理1日後から著しく上昇した。これらの遺伝子発現量の上昇は根から吸収されたABAによる植物体内でのABA濃度の上昇に応答して生じたと考えられる。これに対し、SA共存処理区では、3種類のABA分解酵素全てで上昇が認められなかったことから(図7)、SAはABA分解酵素遺伝子の発現を誘導しないことが明らかであるとともに、SAが存在すると、根からABAを吸収させてもシュートのABA濃度が上昇しない可能性が示された。 The result is shown in FIG. In the ABA single treatment group, the expression levels of ABA8ox1 increased significantly after 4 days of treatment, and the expression levels of ABA8ox2 and ABA8ox3 increased significantly after 1 day of treatment. These increases in gene expression are thought to have occurred in response to the increase in ABA concentration in the plant caused by ABA absorbed from the roots. In contrast, in the SA coexisting treatment group, no increase was observed in all three types of ABA-degrading enzymes (FIG. 7), so it is clear that SA does not induce the expression of ABA-degrading enzyme genes, and SA It was shown that the ABA concentration of shoots may not increase even if ABA is absorbed from roots.
そこで次に、SAがABA濃度に与える影響を明らかにするために、シュートのABA濃度を測定した。28℃暗黒下で3日間にわたり催芽したイネ種子を、ABA 2μM、ABA 2μM+SA 1mM、又はSA 1mMの水溶液上のネットに置き、25℃暗黒下で5日間培養し、シュートを伸長させた(処理区)。コントロール区(ABA 0μM + SA 0mM)についても同様にしてシュートを伸長させた。得られたシュートの摩砕抽出液に含まれるABAをPhytodetek社のABA Test Kitを用いて定量した。
Then, in order to clarify the influence of SA on the ABA concentration, the ABA concentration of the shoot was measured. Rice seeds germinated for 3 days in the dark at 28 ° C. were placed on a net on an aqueous solution of
その結果、ABA単独処理区ではシュートのABA濃度が著しく上昇したのに対し、SA共存処理区では低いままであった(図8)。培地に添加されたABAは根から吸収されてシュートに移動する。SAがABA分解酵素遺伝子の発現を誘導しないという上述の結果と考え合わせると、SA共存処理区のシュートでABA濃度が上昇しない原因は、SAによるABA移動(輸送)阻害と考えられた。すなわち、実施例1〜3で示されたようにシュート伸長、細胞周期の進行、核内倍加及び新規DNA合成に対するABAの抑制作用を、SAが低減できるのは、ABAの茎頂への移動をSAが阻害するからであると考えられた。 As a result, the ABA concentration in the shoot was significantly increased in the ABA alone treatment group, while it remained low in the SA coexistence treatment group (FIG. 8). ABA added to the medium is absorbed from the roots and moves to the shoots. Considering the above result that SA does not induce the expression of ABA-degrading enzyme gene, the cause of the ABA concentration not increasing in the shoots in the SA coexisting treatment area was considered to be inhibition of ABA movement (transport) by SA. That is, as shown in Examples 1-3, shoot elongation, cell cycle progression, nuclear doubling, and the inhibitory action of ABA on new DNA synthesis, SA can reduce the movement of ABA to the shoot apex. This was thought to be because SA inhibited.
[実施例5]プロベナゾールによる、ABAの生育抑制作用に対する低減効果
プロベナゾール処理は植物においてサリチル酸の生成・蓄積を誘導することにより病原菌への抵抗性を付与することが知られている(Yoshioka K, et al., (2001) Plant J., 25: 149-157; Midoh N., Iwata M., (1996) Plant Cell Physiol., 37: 9-18; Iwai T, Seo S., et al., (2007) Plant Cell Physiol., 48: 915-924)。
[Example 5] Effect of reducing the growth inhibitory action of ABA with probenazole It is known that treatment with probenazole imparts resistance to pathogenic bacteria by inducing the production and accumulation of salicylic acid in plants (Yoshioka K, et al., (2001) Plant J., 25: 149-157; Midoh N., Iwata M., (1996) Plant Cell Physiol., 37: 9-18; Iwai T, Seo S., et al., ( 2007) Plant Cell Physiol., 48: 915-924).
そこでSAの代わりに、SA誘導剤であるプロベナゾールを48%含有する殺菌剤オリゼメート(登録商標)粒剤(明治製菓ファルマ社)で発芽直後の実生を処理することで、ABAによる生育抑制作用が実際に低減されるかどうかを調べた。具体的には、28℃暗黒下で3日間かけて催芽したイネ種子を、ABA(0、0.2、1、又は5μM)とオリゼメート粒剤(0、1.25、5、又は20mg/100ml[プロベナゾール0、26.9、107.6、430.5μMに相当])の混合水溶液に浮かべたネット上に播種し、25℃暗黒下で栽培した。処理開始5日後に各処理区9個体のシュート長を測定した。
Therefore, instead of SA, the growth suppression effect by ABA is actually treated by treating seedlings immediately after germination with the bactericide Orizemate (registered trademark) granule (Meiji Seika Pharma Co., Ltd.) containing 48% of the SA inducer probenazole. It was investigated whether it was reduced. Specifically, rice seeds sprouting for 3 days in the dark at 28 ° C., ABA (0, 0.2, 1, or 5 μM) and oryzate granules (0, 1.25, 5, or 20 mg / 100 ml [
その結果を図9に示す。SAを培地に共存させた場合と同様に、プロベナゾールを共存させることによりABAによるシュート生育抑制作用が有意に低減された。したがって、プロベナゾール等により植物体内でSAの蓄積を誘導させることによっても、ABAの生育抑制作用を低減できることが示された。 The result is shown in FIG. As in the case of coexistence with SA in the medium, coexistence of probenazole significantly reduced the shoot growth inhibitory effect of ABA. Therefore, it was shown that the growth inhibitory effect of ABA can also be reduced by inducing SA accumulation in the plant body with probenazole or the like.
[実施例6]SAによる穂ばらみ期耐冷性強化効果
SA処理が穂ばらみ期耐冷性に及ぼす影響を調べた。まず、1/5000aポットでイネ品種「きたあおば」を円形20粒播きで25℃/20℃(昼 15時間/夜 9時間)で栽培し、低温処理の1週間前(幼穂形成期)、2日前(穂ばらみ期)及び当日(穂ばらみ期)に、培土に対するSA投与量が17.27g/10a(水を含む培土におけるSA濃度0.1μMに相当)になるように100mM SAストック溶液を加えてよく撹拌した。低温処理により誘導されるABA濃度レベルに対しては、この程度の比較的少ないSA投与量(SA濃度)で拮抗効果を得ることができると思われる。低温処理は、「きたあおば」の冷害危険期である出穂10日前の個体数が最も多くなる時期に12℃(昼夜)で4日間行った。低温処理後、気温25℃/20℃(昼/夜)に戻して生育させ、出穂・開花させて種子を形成させた。出穂直後の花粉についてヨード・ヨードカリ液染色法で稔性を調査した。具体的には、出穂直後の各穎花から6本の葯を採取して100μLのヨード・ヨードカリ液(100mL中にヨウ素 2.0g、ヨウ化カリウム 0.5g、グリセリン10gを含む)に浸漬し、溶液中で各葯を鋭いピンセットの先で切断し撹拌して花粉を放出させ、1μL中に含まれる花粉を全て数えた。全花粉のうち、ヨード・ヨードカリ液で濃く染まった花粉を稔性のある花粉、染まらなかった花粉を不稔花粉としてカウントし、その合計数に対する不稔花粉数の割合を不稔花粉率とした。また、出穂30日後の穎花の稔実率(不稔率)を調査した。穎花の稔実率は、各穂の稔実穎花数と不稔穎花数をカウントし、その合計数に対する不稔穎花数の割合を穎花の不稔率とした。
[Example 6] Cooling resistance enhancement effect by SA during booting period
The effect of SA treatment on cold resistance during the booting period was investigated. First of all, rice cultivar “Kita Aoba” was sown in 1 / 5000a pot and cultivated at 25 ℃ / 20 ℃ (15 hours in the day / 9 hours in the evening) with 20 round seeds, and one week before the low temperature treatment (early panicle formation period), 2
その結果、花粉の稔性については、SA無処理区では26.2%の花粉が不稔であったのに対し、SA処理区での不稔率は6.8%と低く、両区の間には5%水準で有意な差異が認められた(図10)。また、穂ばらみ期の中でも特に低温感受性が高い小胞子初期(出穂10日前)に12℃で4日間処理した個体の穎花不稔率は、SA無処理区では36.7%であったのに対し、SA処理区では19.4%と低く、両区の間には0.01%水準で有意な差異が認められた(図11)。したがって、SAには、低温による花粉不稔の発生を抑制し、穂ばらみ期耐冷性を強化する効果があることが示された。 As a result, regarding fertility of pollen, 26.2% pollen was sterile in the SA-untreated area, whereas the sterility rate in the SA-treated area was as low as 6.8%. Significant differences were observed at the% level (FIG. 10). In addition, the spikelet sterility rate of individuals treated at 12 ° C for 4 days in the early microspore stage (10 days before heading), which is particularly sensitive to low temperatures during the booting period, was 36.7% in the SA untreated area. On the other hand, in the SA-treated group, it was as low as 19.4%, and a significant difference was observed between the two groups at the 0.01% level (FIG. 11). Therefore, it was shown that SA has the effect of suppressing the occurrence of pollen sterility due to low temperature and enhancing the cold tolerance during the booting stage.
[実施例7]プロベナゾールによる穂ばらみ期耐冷性強化効果
1/5000aポットでイネ品種「きたあおば」を円形20粒播きで25℃/20℃(昼15時間/夜9時間)で栽培し、第8葉が抽出したとき(6月3日;幼穂形成期前期;出穂の30日前)に札幌市の野外の水槽に移動した。札幌市の6月の気温はイネが花粉を形成するには低温過ぎるため、自然の低温によりABA合成を介して花粉不稔を誘発することができる。移動直後にオリゼメート粒剤(プロベナゾール48%含有)を667g/10a(プロベナゾール320.16g/10aに相当;水槽の貯水量に対するプロベナゾールの濃度として換算すると4.78μM)になるように水槽に投与し、6月16日(幼穂形成期後期)にも同量のオリゼメート粒剤を投与した。7月初旬に出穂した穂の30日後の穎花の稔実率を調査した。
[Example 7] Effect of probenazole to enhance cold resistance during booting period
When rice cultivar "Kita Aoba" is sown in 1 / 5000a pot and cultivated at 25 ° C / 20 ° C (15 hours in the day / 9 hours in the night) with 20 round seeds, the 8th leaf is extracted (June 3; young panicle formation) In the first half of the term; 30 days before heading), I moved to an outdoor aquarium in Sapporo. Since the temperature in June in Sapporo is too low for rice to form pollen, natural low temperatures can induce pollen sterility through ABA synthesis. Immediately after the transfer, orizemate granules (containing 48% probenazole) were administered to the aquarium so that the concentration was 667 g / 10a (equivalent to probenazole 320.16 g / 10a; converted to the concentration of probenazole with respect to the amount of water stored in the aquarium, 4.78 μM). The same amount of oryzate granules was administered on the 16th day (late stage of juvenile formation). We investigated the rate of ripening of
図12に示すとおり、7月2日に出穂した個体の穎花不稔率は、SA無処理区では49.7%であったのに対し、SA処理区では39.8%と低く、両区の間には0.1%水準で有意な差異が認められた。したがって、SAを誘導するプロベナゾールにも、低温による花粉不稔の発生を抑制し、穂ばらみ期耐冷性を強化する効果があることが示された。 As shown in FIG. 12, the spikelet sterility rate of individuals headed on July 2 was 49.7% in the SA-untreated group, whereas it was as low as 39.8% in the SA-treated group. There was a significant difference at the 0.1% level. Therefore, it was shown that probenazole which induces SA also has the effect of suppressing the occurrence of pollen sterility due to low temperature and enhancing the cold tolerance during the booting stage.
SAの過剰蓄積は、シロイヌナズナの植物体の耐凍性を低下させることが知られている。これはSAが耐凍性向上に必要な転写因子DREB1A/CBF3遺伝子の発現を抑制し、低温シグナル伝達を阻害するためである(Miura and Ohta, (2010) Journal of plant physiology 167:555-560)。また、SAはカタラーゼと結合して過酸化水素の代謝を阻害して細胞内の過酸化水素濃度を高める作用がある(Chen et al, (1993) Science 262:1883-1886)。このためSA処理は植物の低温障害をむしろ助長する可能性が考えられ、SA処理すると穂ばらみ期耐冷性が低下することが予測された。しかし、本実施例で示されたように、実際には、SA処理は、逆に低温下での花粉不稔の発生を抑制する効果のあることが判明した。この結果は、低温下での花粉の発達にとっては、DREB1A/CBF3に相当する転写因子の発現やカタラーゼ活性の維持よりも、細胞周期等に対するABAの負の作用を抑える方が有効であるためと考えられる。ABAは植物の環境ストレス耐性の向上をもたらすホルモンであり(Lang et al., (1989) Theor. Appl. Genet., 77, p.729-734; Lu et al., (2009) Plant Physiol. Biochem., 47, p.132-138)、イネが穂ばらみ期に低温に遭遇すると植物体内のABA濃度が高まるが、高ABAは副作用として植物の生育を著しく抑制したり、葯において花粉形成を阻害したりする(Oliver et al., (2007) Plant Cell Physiol., 48, p.1319-1330)。以上の実施例の結果から、SA処理又はプロベナゾール等のSA誘導剤はこのようなABAの負の作用を抑制することができ、それにより低温下での花粉不稔の発生を抑制できることが示された。 Excessive accumulation of SA is known to reduce the freezing tolerance of Arabidopsis plants. This is because SA suppresses the expression of the transcription factor DREB1A / CBF3 gene necessary for improving freezing tolerance and inhibits low temperature signal transduction (Miura and Ohta, (2010) Journal of plant physiology 167: 555-560). In addition, SA binds to catalase and inhibits the metabolism of hydrogen peroxide to increase the intracellular hydrogen peroxide concentration (Chen et al, (1993) Science 262: 1883-1886). For this reason, it is considered that SA treatment may promote the low-temperature damage of plants, and it was predicted that the SA treatment would reduce the cold tolerance during the booting stage. However, as shown in the present example, it was actually found that the SA treatment has an effect of suppressing the occurrence of pollen sterility at low temperatures. This result suggests that for the development of pollen at low temperatures, it is more effective to suppress the negative effects of ABA on the cell cycle, etc. than to maintain the expression of transcription factors corresponding to DREB1A / CBF3 and the catalase activity. Conceivable. ABA is a hormone that enhances environmental stress tolerance in plants (Lang et al., (1989) Theor. Appl. Genet., 77, p.729-734; Lu et al., (2009) Plant Physiol. Biochem , 47, p.132-138), when rice encounters low temperatures during the booting period, the ABA concentration in the plant body increases, but high ABA significantly suppresses the growth of the plant as a side effect and causes pollen formation in the rice bran. (Oliver et al., (2007) Plant Cell Physiol., 48, p. 1319-1330). From the results of the above examples, it is shown that SA-inducing agents such as SA treatment or probenazole can suppress such negative effects of ABA, thereby suppressing the occurrence of pollen sterility at low temperatures. It was.
[実施例8]SAの幼苗低温耐性に及ぼす影響
(1)低温伸長性
イネ種子を培土(パールマット)に播種し、25℃/20℃の温室で10日間栽培した。このイネに対し、培土に対するSA投与量が34.53g/10a、345.3/10a、又は3453g/10a(それぞれ、水を含む培土中のSA濃度0.2、2、又は20μMに相当)になるようにSA水溶液を加えて2日間静置した後、17℃のグロースチャンバー(LED照明)に移して低温処理を4日間行い、25℃/20℃の温室に戻し、低温処理完了の12日後にシュート長を測定した(SA処理区)。無処理区については、SA水溶液を添加せず(SA投与量 0g/10a)に同様の低温処理を行った。
[Example 8] Effect of SA on seedling low temperature tolerance (1) Low temperature elongation Rice seeds were sown on a soil (pearl mat) and cultivated in a greenhouse at 25 ° C / 20 ° C for 10 days. For this rice, the aqueous solution of SA is such that the SA dose to the soil is 34.53g / 10a, 345.3 / 10a, or 3453g / 10a (corresponding to the SA concentration in the soil containing water of 0.2, 2, or 20 μM, respectively). And then left to stand for 2 days, transferred to a 17 ° C growth chamber (LED lighting), subjected to low temperature treatment for 4 days, returned to a 25 ° C / 20 ° C greenhouse, and measured the
結果を図13に示す。17℃処理の12日後のシュート長は、無処理区で99.9mmであったのに対し、SA処理区では97.4〜109.7mmであり、無処理区とSA処理区との間で有意な差異は認められなかった。したがって、SAには幼苗の低温伸長性を向上させる効果はないことが示された。
The results are shown in FIG. The
(2)低温枯死耐性
イネ種子を培土(パールマット)に播種し、25℃/20℃の温室で10日間栽培した。このイネに対し、培土に対するSA投与量が34.53g/10a、345.3/10a、又は3453g/10a(それぞれ、水を含む培土(水を含む)中のSA濃度0.2、2、又は20μMに相当)になるようにSA水溶液を加えて2日間静置した後、3℃のグロースチャンバー(LED照明)に移して低温処理を3日間行い、25℃/20℃の温室に戻した。無処理区については、SA水溶液を添加せず(SA投与量 0g/10a)に同様の低温処理を行った。低温処理1ヶ月後に生存個体をカウントした。
(2) Resistance to low temperature withering Rice seeds were sown on a soil (pearl mat) and cultivated in a greenhouse at 25 ° C / 20 ° C for 10 days. For this rice, the SA dose to the soil is 34.53g / 10a, 345.3 / 10a, or 3453g / 10a (corresponding to SA concentration 0.2, 2, or 20μM in the soil (including water) containing water, respectively) After adding an aqueous SA solution and allowing it to stand for 2 days, it was transferred to a 3 ° C. growth chamber (LED lighting), subjected to low temperature treatment for 3 days, and returned to a 25 ° C./20° C. greenhouse. In the untreated section, the same low temperature treatment was performed without adding the SA aqueous solution (SA dose 0 g / 10a). Surviving individuals were counted one month after the low temperature treatment.
図14に示すように、3℃で3日間処理の1ヶ月後の生存率は、無処理区で30.0%であったのに対し、SA処理区では28.3〜33.3%であり、無処理区と処理区との間で有意な差異は認められなかった。したがって、SAには幼苗の低温枯死耐性を向上させる効果はないことが示された。 As shown in FIG. 14, the survival rate after 1 month of treatment at 3 ° C. for 3 months was 30.0% in the untreated group, whereas it was 28.3 to 33.3% in the SA treated group. There was no significant difference between the treatment areas. Therefore, it was shown that SA has no effect of improving the low temperature mortality tolerance of seedlings.
本発明は、ABAの抑制作用をSA又はSA誘導剤によって低減することにより、低温下での花粉不稔の発生を抑制する穂ばらみ期耐冷性強化法を提供し、これは農業分野において広範な利用が期待できる。 The present invention provides a method for enhancing cold tolerance during the booting period, which suppresses the occurrence of pollen sterility at low temperatures by reducing the inhibitory action of ABA with SA or an SA inducer, which is widely used in the agricultural field. Can be expected.
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