植物の時計が停止する温度では成長も停止することを野外データから発見

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2025-09-02 京都大学

京都大学の工藤洋教授らの研究チームは、アブラナ科多年草ハクサンハタザオを対象に野外トランスクリプトーム解析と個体モニタリングを行い、日平均気温が約7℃を下回ると遺伝子発現の日周リズムが停止し、同時に成長も停止することを明らかにした。従来、冬季に遺伝子発現リズムが消失することは知られていたが、その閾値温度は不明だった。本研究で新たに開発された振幅推定法により、7℃がリズムと成長の転換点であることが示された。さらに、冬季でも一部の遺伝子では日周リズムが維持され、機械学習による時間推定も可能であることから、低温下でも「時間情報」は保持されていることが示唆された。これらの成果は、植物が低温期に成長を止めて耐寒性を優先する仕組みの理解を深め、環境適応や作物改良に応用できる可能性がある。研究成果は Plant and Cell Physiology に掲載された。

植物の時計が停止する温度では成長も停止することを野外データから発見
各季節の概日時計の軌道(PCA空間)と概日時計の振動が再開する時期のハクサンハタザオ(Arabidopsis halleri subsp. gemmifera)

<関連情報>

日周転写体発現振動と成長の季節的転換閾値温度の一致 Coincidence of the Threshold Temperature of Seasonal Switching for Diel Transcriptomic Oscillations and Growth

Tomoaki Muranaka , Genki Yumoto , Mie N Honjo , Atsushi J Nagano , Ji Zhou , Hiroshi Kudoh
Plant and Cell Physiology  Published:07 August 2025
DOI:https://doi.org/10.1093/pcp/pcaf092

Abstract

Predicting plant responses to global warming is essential for ecosystem management and crop yields. As many genes are controlled by the circadian clock, understanding the effects of temperature on transcriptomic rhythmicity under natural conditions is necessary. Here, we detected diel rhythmic genes (DRGs) in Arabidopsis halleri in four seasons. In winter, the expression of most DRGs showed low amplitude but kept at high levels, consistent with the high enrichment of cold response genes. We defined 204 core DRGs that were rhythmic over at least three seasons. Using machine-learning, sampling time was successfully decoded by these 204 core DRGs across a year. In the three-dimensional principal component space for core DRGs, the diel transcriptomes appeared as four circular orbits with different diameters arranged in seasonal order, shaping cone like structure. Each transcriptome was mapped to the surface of the cone. The geometrical distance from the cone axis to the single-time-point transcriptome was defined as the amplitude of the transcriptomic clock. The amplitude showed seasonal switching with a sudden rhythm attenuation at 7 °C and lower. Additionally, field monitoring of the plant size revealed growth arrest at similar temperatures. These results imply cooperation in the temperature-dependent regulations of circadian rhythmicity and growth, highlighting the importance of the circadian clock in predicting plant responses to climate change.

生物環境工学
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