岡山大学学術研究院先鋭研究領域のキムジュンシク准教授、神⼾大学大学院農学研究科の妻⿅良亮准教授、東京農工大学大学院農学研究院生物システム科学部門の梅澤泰史教授、山口大学大学院創成科学研究科の高坂智之教授、鳥取大学乾燥地研究センターの辻本壽教授らの研究グループは、水の消費を抑えつつ高い生存率を示すコムギ変異体「WS1」を解析し、その裏にある体内の仕組みについて明らかにした。

干ばつに強い作物開発への応用に期待

近年、気候変動の影響により世界各地で干ばつのリスクが高まっている。作物の生産を安定させるには、水が不足した環境でも生き延びることができる植物の仕組みを理解することが重要だ。

これまで、植物の乾燥応答は主に「気孔を閉じて蒸散を防ぐ」仕組みや、そこに関わる植物ホルモンであるアブシシン酸（ABA）による制御が中心と考えられてきた。しかし、これらの仕組みだけでは説明できない現象も多く、別の適応戦略の存在が示唆されていたという。


今回の研究では、コムギの突然変異体の中から、水の消費を抑えながら乾燥に強い系統であるWS1を選び出し、詳しい解析を行った。WS1は、通常のコムギに比べて気孔の開き方が小さく、蒸散を抑える特徴を持っているため、水の使用効率が高まり、乾燥条件下でも高い生存率が示された。

一方で、WS1は植物ホルモンであるアブシシン酸に対する応答が特別に強いわけではなく、従来知られている仕組みとは異なる方法で乾燥に適応していることがわかった。詳しく調べたところ、WS1ではアミノ酸の一種であるプロリンが多く蓄積していることに加え、炭素や窒素の使い方の変化や、タンパク質の働きを調節するリン酸化パターンの大き
な変化が確認された。

これらの変化は、植物があらかじめストレスに備えた状態にあることを示しているという。つまりWS1は、乾燥に直面してから反応するのではなく、普段から「生き延びることを優先するモード」に切り替わっていると考えられる。

同研究により、植物が乾燥に適応する新しい仕組みとして、「代謝とタンパク質制御による生存優先戦略」が明らかになった。今後は、この仕組みに関わる遺伝子や分子の詳細を解明することで、乾燥に強い作物の育種に応用できる可能性があるとのこと。また、水の使用を抑えながら安定した収量を確保する技術の開発にもつながると期待されている。

一方で、WS1には生存能力が高い反面、収量が低下する傾向も見られたことから、生存と生産性のバランスを最適化することが重要な課題となるという。

論文情報

タイトル：“A water-saving drought survival phenotype in a wheat TILLING mutant involves survival-biased metabolic and phosphorylation reprogramming”
DOI：10.1111/pce.70546
著者：Ryosuke Mega, Shun-ichiro Hirata, Kota Yamashita, Hinano Takase, Taishi Umezawa, Yasuko Watanabe, June-Sik Kim, Tomoyuki Kosaka, Akihiro Nieda, Hisashi Tsujimoto
掲載誌：Plant, Cell & Environment


国立大学法人岡山大学
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国立大学法人山口大学
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国立大学法人東京農工大学
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