乾燥ストレス耐性植物の生長促進制御とその応用

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安定した農作物生産を目指し、長年にわたり世界中で乾燥ストレス耐性植物の作出が試みられてきた。しかし、このような植物は耐性が向上する一方で収量やバイオマス量の減少を示す例が多かった。この農業上の課題を解決するために、乾燥ストレス耐性と生産性の間にあるトレードオフを打破する可能性を探る必要があると考えた。本研究では、乾燥ストレス耐性遺伝子と生長促進遺伝子を共に過剰発現する形質転換シロイヌナズナの作製および解析を通じて、乾燥ストレス耐性植物の生長促進に挑戦した。導入する乾燥ストレス耐性遺伝子として、DREB1A転写因子遺伝子を用いた。生長促進遺伝子に関しては、乾燥ストレス下で発現が抑制されるものに着目し、PIFファミリー転写因子遺伝子およびジベレリン合成酵素遺伝子を選定した。これらの遺伝子を組み合わせた二重過剰発現体について個体レベルの解析 (乾燥ストレス耐性試験・成長解析) および分子レベルの解析（代謝物解析・遺伝子発現解析）を行い、複数遺伝子の集積が植物に与える影響に関する基礎的知見を得た。今年度は、新たに作製した二重過剰発現体を用いて研究を進めた。表現型解析により、二重過剰発現体は、乾燥ストレス耐性の向上と共に、胚軸や茎の伸長促進、ロゼット葉サイズの拡大、地上部サイズの増加、花成の早期化を示した。これらの結果により、生長促進遺伝子の導入によって、植物に元来備わっている乾燥ストレス耐性とバイオマス量のトレードオフの関係を打破できる可能性を見出した。メタボローム解析およびトランスクリプトーム解析によって、導入した2つの遺伝子は植物の代謝制御および遺伝子発現制御に対して相加的に影響を与えることを明らかにした。本研究によって得られた植物の成長制御に関する基礎的知見は、高バイオマス生産性の乾燥ストレス耐性植物の創出に資すると期待される。