Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

ストリゴラクトン / 栄養繁殖 / ゲノム編集 / イチゴ / 環境応答 / 乾燥ストレス / 植物ホルモン / 受容体

クローナル植物イチゴの栄養繁殖と環境応答のクロストークを明らかにするために、CRISPR/Cas9により二倍体イチゴFragaria vescaのストリゴラクトン（SL）受容体DWARF14（D14）変異体を作製し解析した。fvd14変異体は器官サイズと数の間で成長におけるトレードオフが見られ、気孔開口度が増大し高いCO2吸収能とバイオマス生産量を示した。一方、fvD14 の表現型は水分ストレス耐性に重要なアブシジン酸非依存的な経路を制御されていることが示唆された。変異体のトランスクリプトーム解析から、FvD14 は種々の植物ホルモン応答や代謝経路など多くの下流遺伝子を制御することが示された。

本研究は、植物の繁殖様式と環境因子との関わりを分子レベルで解明するため、クローナル植物のモデルとしてのイチゴ属において、植物ホルモンストリゴラクトン(SL)受容体D14の欠損変異体をゲノム編集で作製し、その表現型を解析した。本研究により、クローナル植物であるイチゴ属の栄養繁殖と環境適応に関わる様々なプロセスにおいてSLが中心的な役割を持つということと、そのクロストークの詳細が初めて明らかにされた。環境に対する植物の適応メカニズムの解明だけでなく育種や生態学に重要な知見をもたらすと期待できる。さらにイチゴにおける新しい品種改良を目指したゲノム編集基盤として応用技術への波及効果が期待できる。

植物 / 細胞膜プロトンポンプ / 光合成 / 養分吸収 / 植物ホルモン / リン酸化 / シグナル伝達 / 環境応答

本研究では、維管束植物における根での無機養分取り込み、篩部でのスクロース取り込み、気孔開口など多くの生理現象において重要な役割を果たしている細胞膜プロトンポンプの解析を進め、その活性調節機構や生理的役割の解明を目的として研究を進めてきた。その結果、陸生植物において光合成に依存した活性化機構が進化的に保存されていること、イネの根の細胞膜プロトンポンプが無機養分であるケイ素により活性化されること、植物ホルモンであるオーキシンやブラシノステロイドによる細胞膜プロトンポンプの活性機構などが明らかとなり、これまで知られていなかった細胞膜プロトンポンプの多様な活性調節機構や生理的役割の一端を解明した。

システミック調節 / 植物ホルモン / 相対成長率 / 成熟葉ファクター / 光合成 / ジベレリン / サイトカイニン / 環境応答 / 被陰 / システミック / 地上部／地下部比 / 葉の厚さ / 相対成長速度 / 柵状組織 / 海綿状組織 / 部分被陰 / 酸化還元

シロイヌナズナを用いて、成熟葉の光環境が発生途上の葉に及ぼす影響を調べた。若い葉の葉身の長軸／短軸比、解剖学的性質は自身の光環境とともに成熟葉の光環境に影響された。
植物ホルモンのジベレリン（GA）とサイトカイニン（CK）が光環境やN条件に応じて植物体内の物質分配を調節するシグナルである可能性を検証した。材料としてイタドリを用い、強光・弱光、高N・低N条件下で栽培し、外生GA、CK、GA合成阻害剤を添加したときの形態的・生理的形質の変化を解析した、外生GA、CKによってL/Rは増加し、GA阻害剤によってL/Rが低下した。また、外生GAはLMAを低下させ、GA合成阻害剤はLMAを増加させた。

穀実作物(イネ・ダイズ) / 植物ホルモン(エチレン、アブシジン酸) / 幼穂形成 / 葉身・葉鞘 / 糖類(デンプン、スクロース) / 光依存性 / イネ / エチレン / 植物ホルモン / 穀実形成 / デンプン / スクロース / 日変化 / 収量形成 / 2,4-D / カルス / 種特異性 / シンク / デンプン集積 / 環境応答 / 機能突然変異 / エチレン生成遺伝子

本研究は、イネの幼苗期をも含めた開花後の植物体への炭酸同化産物の集積・分配に対する植物ホルモンの能動的な関わりを分子生理・生態学的に解明することを目的とした。実験材料としてダイズも用いた。
1.幼苗期イネの葉の明暗条件下でのエチレン生成反応を見ると、2葉期葉身は暗条件下で生成が促進される3葉期以降の葉期とは違って、葉鞘と同様に光条件下で促進された。従属栄養状態の2葉期は葉身にデンプン等の糖類の蓄積が見られ、その光条件下でのエチレン生成促進は葉身が一時的にシンク器官になることと相関する。移植苗の生理状態を知る上で示唆的である。開花後の登熟期ではデンプン貯蔵器官、あるいは一時的貯留器官である穂、桿、葉鞘は何れも光条件下でエチレン生成が促進された。本研究における新知見の一つである。この光は約8千ルックス程度の形態形成に関わる弱光が効果的であった。
2.穂におけるエチレン生成と糖類の蓄積との密接な関係は、ユニークな材料である雄性・雌性不稔イネの穂での実験で確認した。穂でのデンプン等の集積(捻実の進行)は、エチレン生成量の明暗比の乳熟後期までの上昇と平行関係にあり、エチレンの光中での糖類集積への寄与が強く示唆された。
3.ジベレリン(GA)欠損変異イネにおける実験から、イネでは幼穂形成期のGAの十分量の存在が穂の枝梗数、籾数の決定に深く関与することを明らかにした。ブラシノステロイドは、出穂期処理で葉鞘・桿に一時的に貯蔵されるデンプンの穂への転流を促進し、登熟歩合を高めること、また低温登熟を促すことで収量増に寄与することが明らかになった。ダイズでも穀実形成に内生アブシジン酸が関与する結果を得た。
以上、イネ・ダイズの糖類の消長と植物ホルモンの動態についての基礎的、基盤的な新知見を多く得たが、分子生理的なアプローチは不十分であった。今後は、植物ホルモン間の量的・質的相互作用も解明して、作物種の穀実形成とその制御機構をよりダイナミックにとらえ、実用的制御技術を提案できる研究を推進したい。

【研究連携者】
河内孝之	京都大学	生命科学研究科	教授	(Kakenデータベース)
石崎公庸	神戸大学	理学(系)研究科	准教授	(Kakenデータベース)
太田啓之	東京工業大学	生命理工学研究科	教授	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
折谷隆志	富山県立大学短期大学部	教授	(Kakenデータベース)
高野哲夫	東京大学	アジア生物資源環境研究センター	助教授	(Kakenデータベース)
米川智司	東京大学	大学院・農学生命科学研究科・附属農場	助教授	(Kakenデータベース)