国立大学法人 岡山大学

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植物ホルモン「アブシジン酸」が働くための新たな仕組みを発見-穂発芽しにくい農作物の効率的な開発に期待-

2018年06月06日

 農研機構は、共同研究グループと共に、植物の種子休眠1)や乾燥ストレス応答2)において重要な働きをする植物ホルモン「アブシジン酸3)」が働くための新たな仕組みを明らかにしました。本成果により、穂発芽4)しにくい農作物の効率的な開発が期待されます。
 植物は乾燥や低温などのストレスにさらされると、植物ホルモンの一つであるアブシジン酸(ABA)を蓄積し、ABAが気孔の閉鎖や様々な遺伝子の発現量を調節することで、その環境に耐えることが知られています。また植物の種子は、発芽しても生きていけない環境では発芽しないで、種子休眠といわれる“種子を発芽させない”状態を維持しますが、ABAはこの種子休眠においても重要な役割を果たします。
 今回農研機構は、共同研究グループと共に、発芽時にABAが働くための新たな仕組みを、モデル植物のシロイヌナズナで明らかにしました。これまでは発芽時にABAが働くには、ABA受容体5)を介した仕組みが必要と考えられていました。今回これ以外に、タンパク質脱リン酸化酵素タイプ2C(PP2C)6)のAHG17)タンパク質と、種子休眠で重要な働きをするDOG18)タンパク質の両方を介する新たな仕組みがあることを発見しました。
 AHG1タンパク質やDOG1タンパク質の遺伝子は、イネやコムギ、オオムギなどの重要な作物にも存在しています。コムギやオオムギの栽培で問題となっている穂発芽は、種子休眠性に深く関わっていることから、ABA受容体を介した仕組みで働くタンパク質に加え、本研究で発見したAHG1タンパク質やDOG1タンパク質の機能を制御することで、穂発芽しにくい農作物の効率的な開発に役立つと期待されます。
 本成果は、国際科学雑誌「 Nature Communications 」(2018年6月6日発行) のオンライン版に掲載されます。

図1. シロイヌナズナのABA応答に働くPP2Cの分子系統樹と既知のABA応答のモデル図
a)ABA応答に働くPP2Cは、大きくABI1サブファミリーとAHG1サブファミリーの2つに分けることができます。
b)ABAと結合したABA受容体であるPYR1は、ABI1と結合し、ABI1のPP2C活性を抑制(減少)することで、植物はABA応答します。



1)種子休眠 
 種子が発芽に適切な時期が来るまで種子を発芽させない現象です。乾燥した種子は悪い環境にも強く、千葉市で発見された「大賀ハス」の種子は、2000年以上も種子休眠の状態を維持した後、発芽しました。

2)乾燥ストレス(応答)
 植物が乾燥により水分を失った際に生じるストレスです。乾燥ストレス応答には、ABAを介する経路と介さない経路が存在することが知られています。

3)アブシジン酸(ABA)
 植物ホルモンの一つで、植物の乾燥などのストレス応答で働く重要な調節物質であり、種子休眠や種子発芽の抑制、気孔の閉鎖など多岐にわたり作用することが知られています。近年、ABA受容体が同定され、主要なABAが働くための仕組みが明らかになりました。

4)穂発芽
 作物の収穫前に、穂に着生している種子が、降雨などにより発芽してしまう現象です。オオムギやコムギなどでは、発芽による品質の低下で商品価値が失われることから、農業上の大きな問題となっています。

5)ABA受容体
 ABAと結合し、ABAの作用を起こすために働くタンパク質です。これまでにABA受容体の一つとしてPYR1タンパク質が同定されており、ABA受容体であるPYR1は複数のPP2Cと結合して、それらのPP2C活性を直接制御することが知られています。

6)タンパク質脱リン酸化酵素タイプ2C (PP2C)
 タンパク質脱リン酸化酵素の一つで、リン酸化されたタンパク質のリン酸基を脱リン酸化する酵素タンパク質です。真核生物に広く保存され、植物はヒトなどと比べると非常に多くのPP2Cが存在します。PP2Cタンパク質はABAが働くための仕組みで重要な役割を担い、シロイヌナズナではABI1やAHG1などが知られています。

7)AHG1
 低濃度のABA存在下で発芽することができない突然変異体の原因遺伝子として同定され、その原因遺伝子はPP2Cの一つでした。主に種子で働いていると考えられています。

8)DOG1
 種子休眠の重要な量的形質遺伝子座として同定されました。DOG1タンパク質の配列は、これまでに機能が知られているタンパク質の配列と相同性が無いため、DOG1の機能はよく分かっていませんでした。

<詳しい研究内容について>
植物ホルモン「アブシジン酸」が働くための新たな仕組みを発見-穂発芽しにくい農作物の効率的な開発に期待-


<本件お問い合わせ>
岡山大学資源植物科学研究所
教授 平山 隆志
(電話番号)086-434-1213

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