乾燥ストレス条件下で植物の生長を制御する遺伝子の特定に成功
－干ばつ下での植物の生育不良を改善する技術開発の貢献に期待－

東京大学、独立行政法人国際農林水産業研究センター、理化学研究所、産業技術総合研究所の共同研究グループは、世界で初めて、乾燥ストレス条件下でイネの生長を制御する仕組みを分子レベルで明らかにしました。

植物は、干ばつなどのストレス条件下では生育が抑制され、大きく育つことができません。そのため、地球環境の悪化が進む中、環境ストレスに強い作物の開発が急がれています。しかし、ストレス下での植物の生長抑制の分子レベルでの機構はほとんど不明のままでした。

今回、東京大学大学院農学生命科学研究科の篠崎和子教授らは、このストレス下での生長の抑制にOsPIL1という彼らが発見した遺伝子の働きが関与していることを明らかにしました。

本研究では、この遺伝子を過剰発現させたイネの背丈が通常生育条件下では約2倍増加することがわかり、OsPIL1が植物の生長の促進に重要であることが示されました。一方、この遺伝子の働きがストレス下で失われていることもわかりました。つまり、乾燥ストレスを受けた植物は、OsPIL1遺伝子の働きを抑え、その結果として生長が抑えられているという、分子レベルの機構が初めて明らかになりました。

この研究成果は、干ばつ下での植物の生育不良を改善する技術の開発や植物のバイオマスを増産する技術に大きく貢献すると考えられます。

図　通常生育条件下で育てたOsPIL1過剰発現イネ（左）と標準的なイネ（右）の背丈 （拡大画像↗）

図　通常生育条件下とストレス条件下でのイネの生育におけるOsPIL1の役割 （拡大画像↗）

現在、地球レベルの環境の悪化が大きな問題となっており、干ばつなどの環境ストレスに強い作物の開発が重要となっています。東京大学篠崎 和子教授らの研究グループは乾燥ストレス下でも、生長や収穫が期待できる乾燥ストレス耐性作物の開発を目指して研究を行っています。植物は干ばつなどのストレス条件下では生育が抑制され、収量が減少してしまいます。しかし、このストレスによる生育の抑制に関する分子レベルの機構はほとんど不明のままでした。

今回、研究グループは、イネを用いてOsPIL1（注１）と名付けた遺伝子が乾燥ストレス条件下で植物の生育を制御していることを明らかにしました。イネのOsPIL1遺伝子は、多くの遺伝子の働きをコントロールするマスタースイッチとして働く転写因子（注２）をコードしており、植物が光合成を行って成長する日中に働きを示すことを見いだしました。しかし、乾燥などのストレス状態になると、日中でも働きが抑えられてしまうことを明らかにしました。この遺伝子をイネ中で過剰発現して、強く働くように改変するとイネの生長は大きく促進され、大人の背丈にまでに達してしまいました。そこでマイクロアレイ解析法を用いて、OsPIL1がコントロールしている遺伝子を調べた結果、細胞壁を合成し細胞の伸長を行っている遺伝子群が数多く見出されました。これらの結果より、乾燥ストレスを受けた植物は、OsPIL1遺伝子の働きを抑えることで細胞壁の合成を抑制し、その結果生長が抑えられていることが明らかになりました。

今後OsPIL1遺伝子を利用することによって、ストレス条件下においても生育が抑制されない作物を開発できる可能性が考えられます。これまでに、乾燥ストレス耐性遺伝子を用いたストレス耐性作物の開発に関しては多くの報告がありましたが、生育の低下や収量の減少が問題になっていました。OsPIL1遺伝子を乾燥ストレス耐性遺伝子と併用することによって、干ばつなどのストレス下でも生長や収量が低下しない耐性作物の開発が期待されます。また、OsPIL1遺伝子の働きを強めることで，植物のバイオマスを増産する技術の開発が期待されます。

本研究は、生物系特定産業技術研究センター「イノベーション創出基礎的推進事業」の研究費を受けて行われました。