なぜプログラム細胞死はイネの生産性に重要か？－その生態的役割と制御機構

研究代表者は、ソルガムのD遺伝子（転写因子をコードし、茎のプログラム細胞死を誘導する）のイネホモログの機能を探究する過程で、茎から穂への貯蔵炭水化物の再移動や根の通気組織形成が、この遺伝子によって制御されていることに気づいた。これまでもプログラム細胞死が形態形成に果たす役割は多くの研究者によって明らかにされてきたが、作物の生理生態的特性の一部も、ある共通したプログラム細胞死のプロセスによって包括的に制御されている可能性がある。そこで本研究では、イネのD遺伝子によって制御されるプログラム細胞死のプロセスの詳細の解明や、収量性や耐湿性といったイネの生理生態におけるプログラム細胞死の役割の特定を目指している。本年度においては、まず、イネのD遺伝子の機能を介した通気組織の形成が、地上部から根や根圏への酸素供給や根の生育に果たす役割を精査するため、イネD遺伝子の機能欠損変異が嫌気的環境での根の成長や生理状態に及ぼす影響を評価した。その結果、イネD遺伝子の機能欠損変異体では、野生型と比較して根からの酸素漏出が減少し、嫌気的環境における根の細胞活性や伸長量が低下すること、さらに、根系構造や根端部の転写プロファイルにも異常を生じることが判明した。これらの結果は、地上部から根・根圏への酸素供給や嫌気的環境での根の生育に、イネD遺伝子を介した通気組織形成が重要な役割を担っている可能性を示唆している。また、イネの生理生態的特性の品種間差に D 遺伝子を介したプログラム細胞死がどのように寄与しているかを検証するため、出穂期以降の茎の柔細胞を対象に、デンプン顆粒の蓄積程度や細胞壁の厚さなどの解剖学的形質を指標に遺伝解析を実施し、複数のQTLを検出した。

研究代表者は、ソルガムのD遺伝子（転写因子をコードし、茎のプログラム細胞死を誘導する）のイネホモログの機能を探究する過程で、茎から穂への貯蔵炭水化物の再移動や根の通気組織形成が、この遺伝子によって制御されていることに気づいた。これまでもプログラム細胞死が形態形成に果たす役割は多くの研究者によって明らかにされてきたが、作物の生理生態的特性の一部も、ある共通したプログラム細胞死のプロセスによって包括的に制御されている可能性がある。そこで本研究では、イネのD遺伝子によって制御されるプログラム細胞死のプロセスの詳細の解明や、収量性や耐湿性といったイネの生理生態におけるプログラム細胞死の役割の特定を目指している。本年度においては、まず、イネのD遺伝子の機能を介した通気組織の形成が、地上部から根や根圏への酸素供給や根の生育に果たす役割を精査するため、イネD遺伝子の機能欠損変異が嫌気的環境での根の成長や生理状態に及ぼす影響を評価した。その結果、イネD遺伝子の機能欠損変異体では、野生型と比較して根からの酸素漏出が減少し、嫌気的環境における根の細胞活性や伸長量が低下すること、さらに、根系構造や根端部の転写プロファイルにも異常を生じることが判明した。これらの結果は、地上部から根・根圏への酸素供給や嫌気的環境での根の生育に、イネD遺伝子を介した通気組織形成が重要な役割を担っている可能性を示唆している。また、イネの生理生態的特性の品種間差に D 遺伝子を介したプログラム細胞死がどのように寄与しているかを検証するため、出穂期以降の茎の柔細胞を対象に、デンプン顆粒の蓄積程度や細胞壁の厚さなどの解剖学的形質を指標に遺伝解析を実施し、複数のQTLを検出した。