イネのナトリウム輸送体はイネ体内のナトリウム分布を調節することで耐塩性に寄与する

世界の塩害土壌において植物成長を抑制する主要因子がナトリウムイオンであり、高塩環境下で根から吸収された後、葉に蓄積し、細胞の機能を阻害することで毒性を発揮します。本研究では、根から葉へのナトリウム輸送に関与すると考えられてきたHKT輸送体ファミリーの1つであるOsHKT1;5の機能について、oshkt1;5変異体を用いて解析しました。その結果、根と葉鞘においてはOsHKT1;5は導管細胞の周囲で発現し、根から地上部、さらに葉鞘から葉身へのナトリウム輸送を抑制していることが分かりました。また、茎においては節の篩部で発現しており、ここを通って新葉などの未熟組織へ向かうナトリウムの移動を抑えていることが示されました。OsHKT1;5は、このような多面的な機能によって、塩ストレス環境下でのイネの成長維持に関わっていることが明らかになりました。この成果をもとに、今後はOsHKT1;5の機能強化によるイネへの耐塩性付与の可能性を検討していきたいと考えています。

【研究の背景と目的】
　塩害は世界中の灌漑農業地域で広く見られ、農作物の収量を低下させる要因となっています。塩害下での主要な植物成長抑制因子がナトリウムイオンです。根圏のナトリウム濃度が高まると浸透圧ストレスが引き起こされ、さらに、根に吸収されたナトリウムイオンが細胞内に蓄積すると、細胞質の機能障害が生じるのです。イネにおいて、根から吸収されたナトリウムイオンの体内輸送に関与すると考えられてきたのがクラスI・HKT輸送体ファミリーで、これに属する輸送体は4つあることが知られていました。そこで私達はイネの塩ストレス耐性機構の解明を目指し、これらの輸送体の機能解析に取り組んできました。
【研究の内容】
　 HKT輸送体ファミリー・クラスI遺伝子の1つであるOsHKT1;5は、細胞外のナトリウムを細胞内に取り込む輸送体をコードしています。本研究では、この輸送体OsHKT1;5が根の導管周辺の木部柔細胞で発現し、導管からナトリウムを排除する役割を果たすことを示しました。これによって、根に吸収されたナトリウムの地上部への移動が抑制されます。またOsHKT1;5は、葉鞘内の導管からもナトリウムを排除することにより、光合成の場である葉身へのナトリウムの流入を防いでいることが分かりました。さらに、OsHKT1;5は茎内の節においては篩管周辺の篩部柔細胞で発現し、未熟組織である新葉へ向かうナトリウムの移動を抑制することが示されました。このようなOsHKT1;5の多面的な機能を失ったoshkt1;5変異株では、地上部各組織でのナトリウム含量が高まり、葉の枯死が促進され、種子収量が低下したことに加え、種子の発芽率も低下しました。これらの結果から、OsHKT1;5はナトリウムの維管束輸送を制御することで耐塩性に寄与する重要な輸送体であることが明らかとなりました。
【今後の予定と期待】
　 OsHKT1;5に類似したナトリウム輸送体は、イネよりも塩ストレスに強い主要作物においても耐塩性に関与していると思われます。今後はそれらの輸送体の機能解析も進めることで、OsHKT1;5の機能強化を通じたイネの耐塩性向上の可能性について検討したいと考えています。