茎の節間は最後に生まれてくる～茎の発生学への挑戦～

2023-09-29

2023-09-29 国立遺伝学研究所

節と節間からなる「茎」は、種子植物一般に見られる地上部の軸構造で、隣接する葉と腋芽と共に茎頂分裂組織から生み出されます。茎は育種において草丈調節の最重要ターゲットになっているにもかかわらず、茎の発生過程の理解は、葉・根・花などの他の主要器官と比べて大きく遅れていました。

情報・システム研究機構国立遺伝学研究所の津田勝利助教、前野哲輝技術専門職員、野々村賢一准教授らは、多角的な解析手法を用いてイネの茎の構造と発生過程を詳細に調べました。さらに、遺伝子工学の手法を用いて、葉・茎・腋芽を一単位とするファイトマーを構成する細胞の各器官への運命決定がどのように起こるのかを解析しました。その結果、「発生に先立つファイトマーの確立」→「節になる細胞の出現とそれに伴う葉と茎の運命分岐」→「腋芽の運命確立」→「最後に節間への運命決定がごく少数の細胞で起こる」という、段階的なステップを経て茎の発生が進むことがわかりました。

本研究は、長らく不明であった茎の発生において鍵となるイベントとその時系列を明らかにしました。今後、本成果が茎の発生を分子レベルで理解するための基盤となり、将来的には理想的な草型設計に向けた茎形質の改良につながることが期待されます。

この研究は、新学術領域研究「植物多能性幹細胞」(18H04845・20H04891)、学術変革領域(A)「挑戦的両性花原理」(23H04754)、および科研費(22H02319・21H04729)の支援を受けておこなわれました。

本研究成果は、国際科学雑誌「Plant Cell」に2023年9月28日(日本時間)に掲載されました。

図: イネの止葉ファイトマーにおける各器官の細胞運命決定の時系列
止葉ファイトマーの運命はその発生開始の10-5日前に決定される。非伸長部(茎足や節・葉枕など)の運命決定は伸長部(葉鞘・節間)のそれよりも早期に開始する。腋芽の運命は止葉形成初期に確立する。節間になることが定まった細胞は、最も遅れて出現し始める。節間への運命決定はごく少数の細胞で始まる(右下部)。左下部黒線の左端は、運命が決定した細胞が現れ始めるタイミング、右端(黒丸)は、ある器官を構成する全ての細胞の運命が定まるタイミングを示す。