Dissecting the mechanisms underlying natural variation in abiotic stress tolerance of plants to adapt climate change

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シロイヌナズナ野生系統間に見られる浸透圧耐性の遺伝的多様性から植物のストレス適応メカニズムを理解することを目的に、多様性を決定する鍵遺伝子の同定、および鍵遺伝子を中心とする耐性メカニズムの解明を目指した。2022年度の実績としては、水不足耐性を示すシロイヌナズナ野生系統より、水不足耐性が損なわれた突然変異株、aod2を単離した。aod2変異株は野生株と比較して、乾燥・塩・高温と幅広いストレス耐性が損なわれていた。その原因遺伝子を特定したところ、極長鎖脂肪酸合成に寄与するエノイル-CoA 還元酵素をコードするCER10遺伝子であることが分かった。植物は乾燥や外部からの物理刺激から身を守るために、葉・根・茎をはじめとする植物体全身がクチクラワックス（以後、ワックス）で覆われているが、aod2変異株は野生株と比較してワックスが著しく減少していた。一方、数百の完全長cDNAを個別に過剰発現させたシロイヌナズナのトランスジェニック植物系統より、酸化還元酵素のシトクロムP450をコードするKLU遺伝子を過剰発現させた植物が、乾燥・塩・高温耐性を著しく向上させることを明らかにした。KLU過剰発現株の葉が野生型と比較して明らかな光沢を示し、電子顕微鏡による植物体表面の観察により、野生株と比較して高次なワックス構造を有していることが明らかとなった。ワックス構成成分である長鎖・極長鎖脂肪酸を定量した結果、野生株と比較して、aod2変異株では減少し、逆にKLU過剰発現株では増加していることが明らかとなった。またタンパク質の三次元構造予測モデルより、KLUは長鎖脂肪酸を基質とし得ることが示唆された。以上の結果より、植物の乾燥・塩・高温耐性にワックスが必須であること、さらにKLU遺伝子の発現調節によりワックスを増加させて植物の乾燥・塩・高温耐性を増強できることが明らかにし、2つを同時に論文発表した。