重⼒応答と光合成・成⻑は同じ遺伝⼦「ISSUNBOSHI1」で制御されていた

〜⽔中から陸上へ、5 億年前のコケ植物の挑戦を⽀えたAP2/ERF 転写因⼦〜

発表のポイント

・植物が5 億年前に上陸したとき直⾯した試練の中に、体にかかる重⼒の増加がある。最初の陸上植物群であるコケ植物は、重⼒を増加させると、背丈は低くなるが光合成は活発になり、植物体数は 増えることが分かった。
・重⼒増加への適応の鍵となるAP2/ERF 転写因⼦を初めて明らかにした。それを「ISSUNBOSHI1（⼀⼨法師1）」と名付け、その働きを制御することで、通常重⼒下でも光合成能⼒を⾼め植物体数 を増やすことに成功した。
・本研究の成果は、光合成能⼒が⾼く収穫量が多い植物の開発につながる可能性がある。さらに将来、重⼒環境が地球とは異なる宇宙での農業⽣産に役に⽴つことが期待される。

発表概要

　植物が進化過程で経験した最⼤の環境変化の１つに、重⼒の増加があります。⽔中から陸上に進化したときに、植物は浮⼒を失い、⾃⾝の体にかかる重さに耐える必要が⽣じました。しかし、こうした重⼒の変化が、光合成をはじめとする⽣理的な仕組みや成⻑をどのように変えるのか、またどのような遺伝的仕組みが関与しているのかは、これまで明らかになっていませんでした。
　京都⼯芸繊維⼤学応⽤⽣物学系 半場教授、北海道⼤学⼤学院理学研究院 藤⽥教授らは、北島准教授（京都⼯芸繊維⼤学）、蒲池准教授・唐原教授（富⼭⼤学）、久⽶教授（九州⼤学）、坂⽥教授・篠澤助教（東京農業⼤学）、⼩野⽥教授（京都⼤学）らとの共同研究により、モデルコケ植物であるヒメツリガネゴケを⽤い、地球の6 倍と10 倍の重⼒環境での栽培実験を⾏いました。その結果、重⼒の増加 により植物の丈は短縮する⼀⽅で、植物体数と葉緑体のサイズは増加し、光合成が活発になることが分かりました。さらに、これらの反応には、AP2/ERF 転写因⼦をコードしている遺伝⼦群が深く関与し ており、特に「ISSUNBOSHI1（⼀⼨法師1）」と名付けた、たった１つの転写因⼦を操作することで、重⼒に対する応答を⼈⼯的に再現できることを発⾒しました。この成果は、植物が陸上環境に適応して 進化してきた過程における、重要な遺伝的メカニズムの存在を⽰すものです。

研究内容の詳細

重⼒応答と光合成・成⻑は同じ遺伝⼦「ISSUNBOSHI1」で制御されていた〜⽔中から陸上へ、5 億年前のコケ植物の挑戦を⽀えたAP2/ERF 転写因⼦〜[PDF, 620KB]

論文情報

論文名

First contact with greater gravity: Early land plants adapted via enhanced photosynthesis mediated by AP2/ERF transcription factors

著者

Yuko T. Hanba, Thi Huong Do, Kaori Takemura, Sakihito Kitajima, Alisa Vyacheslavova, Miyu Takata, Marcel Pascal Beier, Maki Yokoi, Akihisa Shinozawa, Ayuko Maeda, Yutaro Yasui, Naoya Sakaguchi, Ryuji Kameishi, Rina Watanabe, Souma Okugawa, Ryota Ozaki, Seika Hirai, Hiroyuki Kamachi, Atsushi Kume, Ichirou Karahara, Yoichi Sakata, Yusuke Onoda, Tomomichi Fujita

掲載誌

Science Advances

DOI

http://doi.org/10.1126/sciadv.ado8664

問い合わせ先

富山大学学術研究部理学系

教授　唐原 ⼀郎／准教授　蒲池 浩之