塩害から種子形成を保護するナトリウム輸送体～植物の耐塩性メカニズムの解明～

2023-06-06

2023-06-05 東北大学

【本学研究者情報】
〇大学院工学研究科バイオ工学専攻
教授　魚住信之

【発表のポイント】

ナトリウム輸送体(AtHKT1^(注¹⁾)が雄しべのナトリウムを除去する機能が明らかになりました。
このナトリウム輸送体を増強させることで、塩環境における種子形成と植物収量が通常の植物よりも増大しました。
炭素循環型燃料(バイオマス)・食糧生産に貢献する耐塩性植物の探索に指標を与える知見になりました。

【概要】
世界の農地の5分の1が塩害にさらされており、塩害面積は毎年増加すると推定されています。ナトリウムは人にとっては必須元素ですが、植物においては栄養元素ではなく、むしろ有害です。なかでも花や種子(生殖器官)を形成する段階でナトリウムの害を受けやすいことが知られています。

東北大学大学院工学研究科バイオ工学専攻の内山剛志大学院生、石丸泰寛准教授、魚住信之教授らの研究グループは、ナトリウム輸送体(AtHKT1)が、花の雄しべにナトリウムが溜まるのを防いでいることを明らかにしました。さらに、AtHKT1を篩管^(注²⁾に追加発現させると、塩環境下において通常植物と比べて種子の形成量や植物収量が上昇しました。この耐塩性の分子機構の知見は、塩害土壌や海水利用など塩環境における植物栽培の可能性を広げる際に活用されることが期待されます。

本研究は、東北大学電子光理学研究センター、大学院工学研究科量子エネルギー工学専攻、日本女子大学、環境科学技術研究所、理化学研究所環境資源科学研究センター、信州大学、岡山大学との共同研究により行われました。

本研究成果は2023年6月3日Science Advancesにオンライン掲載されました。

図1. 雄しべで機能するナトリウム輸送体(AtHKT1)
ナトリウム輸送体(AtHKT1)は雄しべに発現　(青色の箇所)(左図)、
ナトリウム輸送体(AtHKT1)が機能しない植物は塩環境下で雄しべにナトリウム(青色)が蓄積(右図)。

【用語解説】
注1　AtHKT1
モデル植物Arabidopsis thaliana(シロイヌナズナ)のNaを輸送する膜タンパク質。2000年に初めてAtHKT1の存在が報告された。AtHKT1;1とも表記される。

注2　篩管
根から地上部へ、地上部から根への両方向に養分などを輸送する管。

詳細(プレスリリース本文)