植物が「水を取るか、病害菌から身を守るか」環境適応してきた仕組みを解明

植物が「水を取るか、病害菌から身を守るか」環境適応してきた仕組みを解明

画像提供:マイナビニュース

東京農業大学は、世界各地から採取したシロイヌナス?ナを用いて、自然界において植物か?様々な環境に適応する過程て?、浸透圧(水分欠乏)耐性を取るか病害抵抗性を取るか、その決め手となっている遺伝子を発見したと発表した。

同研究は、東京農業大学生命科学部ハ?イオサイエンス学科の太治輝昭教授らと、奈良先端科学技術大学院大学・千葉大学・理化学研究所なと?他機関との共同研究によるもので、同研究成果は、ロント?ン時間5月26日に科学雑誌「Nature Plants」(オンライン版)に掲載された。

干害・塩害・冷害は、植物か?水を吸えなくなるストレス(浸透圧ストレス)により引き起こされる、農業上最も被害の大きな害である。自然界には極めて高い耐性を示す植物か?存在する一方て?、同し?種て?あってもそのような耐性か?失われている例か?あり、植物か?同し?種内て?も耐性を持つ植物と持たない植物に分かれてきた進化的要因やその背景て?と?んな遺伝子か?働いているのかに関しては不明だった。

モテ?ル植物として広く利用されているシロイヌナス?ナは、世界中の様々な地域に生息し、その数は1,000以上に上る。先行研究においてそのようなシロイヌナス?ナ地域個体群350ク?ルーフ?の耐塩性を調へ?たところ、耐性には大きなハ?リエーションか?あることが明らかになった。特に耐性を示すシロイヌナス?ナの種内ク?ルーフ?は、生育に影響を及ほ?さない程度の浸透圧(水欠乏)あるいは塩ストレスを一定期間経ることて?、極めて高い浸透圧や塩に対する耐性を獲得する「馴化機能」か?優れているという。同研究て?は、この浸透圧耐性の獲得能力について解析を行った。

同研究グループは、解析によって明らかになった、シロイヌナス?ナ間における耐性のハ?リエーションを制御しているひとつの遺伝子座をACQuired OSmotolerance(浸透圧馴化耐性)より、ACQOS遺伝子座と命名した。この遺伝子座を特定するため、ACQOS遺伝子座のみ耐性シロイヌナス?ナて?あるBu-5ク?ルーフ?由来のDNAを持ち、その他全ての遺伝子領域を浸透圧耐性を持たないシロイヌナス?ナて?あるCol-0ク?ルーフ?由来のDNAに置き換えたNIL(準同質遺伝子系統)を作出した。作出したNILの耐性と遺伝子型の解析およびシークエンス解析から、耐性シロイヌナス?ナと感受性シロイヌナス?ナて?大きな遺伝子欠損を起こしている領域を発見した。この領域に含まれる遺伝子について相補試験を行った結果、シロイヌナス?ナ間の浸透圧耐性を制御する遺伝子、ACQOS遺伝子を特定することに成功した。

次に、ACQOS遺伝子座のシークエンスを解読したところ、この領域にはACQOS遺伝子と塩基配列の似た遺伝子か?1〜4個並んて?おり、5種類に分けることができた。最も多いのか?ACQOS遺伝子を持っていない遺伝子型(2タイフ?)て?72%、ACQOS遺伝子を有するのは10%と少数派て?、その他はACQOS遺伝子を有するものの塩基置換か?複数箇所に認められ、遺伝子機能か?失われた遺伝子型、あるいはACQOS遺伝子か?部分的に欠失(削除)している遺伝子型だった。

これらの浸透圧耐性を調へ?ると、ACQOS遺伝子を有するシロイヌナス?ナのみか?浸透圧耐性を失っており、その他は全て浸透圧耐性を示した。また、ACQOS遺伝子周辺の塩基多様性を調へ?た結果、ACQOS遺伝子にはその配列を変える方向に高い選択圧か?かかっていることか?判明した。実際に、塩基置換か?複数箇所に認められるACQOS遺伝子は、その塩基置換により機能不全になっていて、浸透圧耐性を抑制しないことか?明らかとなった。これらの結果は、ACQOS遺伝子を生み出したシロイヌナス?ナは浸透圧耐性か?抑制されることになったものの、その後にACQOS遺伝子内に点変異や欠失か?生し?ることて?その働きを失い、その結果浸透圧耐性を改めて獲得したことを示唆している。

ACQOS遺伝子は既知の浸透圧ストレス応答の制御遺伝子に類似した特徴は持たす?、植物の免疫センサーとして働く、TIR-NLRをコート?する遺伝子て?あった。また、その後の調査により「ACQOS を有するシロイヌナス?ナは病害抵抗性に優れる一方て?浸透圧耐性か?損なわれる」こと、逆に「ACQOSを失ったシロイヌナス?ナは高い浸透圧耐性を獲得するものの、病害抵抗性か?低下する」ことか?わかった。すなわち、ACQOS遺伝子の有無か?病害抵抗性を取るか浸透圧耐性を取るかの決め手となることか?明らかになった。

ACQOS遺伝子は持つことて?病害抵抗性か?高まり、欠損することて?著しい浸透圧耐性を獲得することから、今後は、植物工場のような乾燥にさらされない環境て?はACQOSを有することて?病害抵抗性を向上させ、乾燥か?頻繁に起こる圃場て?はACQOSを無くすことて?著しい浸透圧耐性を向上させる等、環境条件に応し?て植物のストレス耐性を最適な方向にテ?サ?インすることか?可能になると期待されるということだ。
(シマダマヨ)

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