重力応答と光合成・成長は同じ遺伝子「ISSUNBOSHI1」で制御されていた〜水中から陸上へ、5億年前のコケ植物の挑戦を支えたAP2/ERF転写因子～

2025-07-17

2025-07-17 京都工芸繊維大学

応用生物学系の半場祐子教授らは、モデルコケ植物ヒメツリガネゴケを用い、6倍・10倍重力条件下での栽培実験を実施。その結果、重力増加により植物の丈は短くなる一方、体数と葉緑体サイズが増加し光合成活性も上昇することを発見しました。特にAP2/ERF転写因子群と、その中の単一遺伝子「ISSUNBOSHI1(一寸法師1)」が、重量反応と光合成・成長の制御に寄与することを明らかにし、遺伝子操作により重力応答を人工的に再現する手法を提示しました。本成果は、植物が陸上環境適応の過程で獲得した重力応答の遺伝的メカニズムを示す重要な一歩です。
成果は2025年7月17日付の『Science Advances』に掲載されました。

<関連情報>

大きな重力とのファーストコンタクトコケ植物はAP2/ERF転写因子を介した光合成の強化によって適応した First contact with greater gravity: Moss plants adapted via enhanced photosynthesis mediated by AP2/ERF transcription factors

Yuko T. Hanba, Thi Huong Do, Kaori Takemura, Sakihito Kitajima, […] , and Tomomichi Fujita
Science Advances Published:16 Jul 2025
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.ado8664

Abstract

The emergence of land plants required adaptations to altered water availability and increased effective gravity. Bryophytes underwent major changes in physiology, anatomy, and growth during their emergence onto land. However, the link between gravity, photosynthesis, and genetic control remains unclear. Here, we show that leaf carbon dioxide diffusion enhanced photosynthesis in the model moss Physcomitrium patens under increased gravity (6 and 10 times Earth’s gravity), driven by increases in plant (gametophore) number and chloroplast size. RNA sequencing analysis showed that 10 gravity up-regulated several species-specific APETALA2/ethylene-responsive factor (AP2/ERF) transcription factors. Overexpression of one such AP2/ERF, ISSUNBOSHI1 (IBSH1; gene ID = Pp3c1_32440), in P. patens phenocopied plants grown at 10 gravity, and the dominant repressor form of IBSH1 suppressed 10 gravity responses. These results provide evidence that the proliferation of AP2/ERF transcription factors and the establishment of a notable gene network may have been important in adaptation to the terrestrial environment during land plant evolution.