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【論文公開】分子農学生命科学プログラムの田中若奈准教授らの論文が公開されました

イネの分蘖(ぶんげつ)開始を緩やかに進行させる遺伝子を発見

本研究成果のポイント

  • モデル植物イネにおいて、分蘖開始すなわち腋芽形成に FC1 遺伝子が重要な働きをしていることを明らかにしました。
  • 腋芽形成の過程において、FC1 遺伝子は、細胞分裂を適度に抑えることによって腋芽形成を緩やかに進行させていることを明らかにしました。
  • イネの分蘖は穂数を決定するため、本研究成果は、イネをはじめとする主要穀物の増産に向けた応用研究へとつながることが期待されます。

発表内容

植物の枝分かれは、植物の形態を決定する要因であると同時に、作物の収量にも影響を与える重要な要因です。イネ科植物では、枝分かれは「分蘖(ぶんげつ)」と呼ばれます。分蘖は主に「腋芽形成」と、それに続く「腋芽伸長」の2つの過程から成り立っています。腋芽形成の過程では、腋芽と呼ばれる幹細胞組織を含む芽が、茎と葉の境界部に形成されます。形成された腋芽は一旦休眠状態になりますが、休眠が解除されると2つ目の過程である「腋芽伸長」が始まり、腋芽の葉が伸びて分蘖へと成長していきます。腋芽伸長の制御メカニズムについては多くの知見が得られている一方で、腋芽形成の制御メカニズムについてはあまり理解が進んでいませんでした。今回、田中准教授らの研究グループは、イネ(Oryza sativa)の分蘖におけるFINE CULM1FC1)遺伝子の新しい役割を明らかにしました。

研究グループは以前から、腋芽形成不全を示すtillers absent1tab1)変異体を用いた研究を進めてきました。この tab1 変異体では、腋芽が形成されないため、分蘖ができずに単稈(たんかん:1本の主茎のみ)となります。この tab1 変異体に、FC1 遺伝子の機能が損なわれた fc1 変異体を交配させて作製した tab1 fc1 二重変異体を観察したところ、予想外なことに、分蘖が形成されることを発見しました。この結果は、fc1 変異には tab1 変異体の腋芽形成不全を打ち消す効果があることを示唆しており、つまり、 fc1 変異体では腋芽形成に何らかの影響が生じている可能性があると推測されました。そこで、fc1 単独変異体を詳しく調べてみたところ、野生型と比較して、腋芽形成のタイミングが早まっていることが明らかになりました。さらに fc1 変異体の腋芽形成過程では、野生型のものと比較して、細胞分裂が活発になっていました。これらの結果から、fc1 変異体では、細胞分裂が活発になることで腋芽形成のタイミングが早まっていると考えられます。他にも分子レベルでの解析を複数実施し、FC1 遺伝子が、腋芽形成を緩やかに進行させることで分蘖をコントロールする働きをしていることが明らかになりました。これまで、FC1遺伝子は、分蘖の「腋芽伸長」過程を抑える働きがあることが知られていましたが、本研究によって、「腋芽伸長」に加えて「腋芽形成」の過程も制御する分蘖に重要な遺伝子であることが示されました。

通常のイネでは、1つの個体から10以上の分蘖がつくられ、それに相当する穂が出現します。fc1 変異体では、腋芽形成と腋芽伸長を抑えることができず、分蘖数が通常のイネの2倍程度に増加します(図参照)。このことから、今後、この FC1遺伝子の機能を活用することによって、お米の増産を目指した品種改良に貢献できる可能性があると考えています。

(本研究は、文部科学省科学研究費補助金新学術領域研究「植物多能性幹細胞」20H04880、基盤研究(C) 22K06267、武田科学振興財団ライフサイエンス研究助成、広島大学大学院統合生命科学研究科奨励賞の研究助成を受けて行われました。)

論文情報

  • 掲載誌: Plant and Cell Physiology
  • 論文タイトル:  FINE CULM1 encoding a TEOSINTE BRANCHED1-like TCP transcription factor negatively regulates axillary meristem formation in rice
  • 著者名:Wakana Tanaka1,*, Ami Ohyama1, Taiyo Toriba2, Rumi Tominaga1, Hiro-Yuki Hirano3
      1) 広島大学大学院統合生命科学研究科 
      2) 宮城大学食産業学群
      3) 東京大学大学院理学系研究科
      *責任著者
  • DOI: 10.1093/pcp/pcae109
【お問い合わせ】

広島大学 生物生産学部 田中 若奈
E-mail:wakanat*hiroshima-u.ac.jp (注: *は半角@に置き換えてください)


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