発芽時の幼植物を光による害から守る新しい遺伝子を発見

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2025-09-25 京都大学

京都大学の研究チームは、発芽直後の幼植物が光ストレスから身を守る新しい遺伝子「ESL1」を発見した。通常、暗所で発芽した植物が地表に出るとクロロフィルが急速に活性化し、過剰な光エネルギーが細胞を傷つけるリスクがある。本研究では、ESL1遺伝子がこの段階でクロロフィルの過剰活性を抑制し、光環境へのスムーズな適応を助けていることが判明した。ESL1が欠損した変異体では、光照射後に細胞障害や成長不良が顕著に見られた。成果は、植物の初期生育を守る分子メカニズムの理解を大きく進め、将来的には発芽率や環境耐性を高める作物育種にもつながると期待される。研究成果はNature Communicationsに掲載された。

発芽時の幼植物を光による害から守る新しい遺伝子を発見
BGH2破壊株では、正常な光環境への順応が行われず、黄化したまま枯死する。上段:野生型またはBGH2破壊株を暗所で生育させた後に連続光を照射したときの表現型。下段:野生型またはBGH2破壊株の光環境順応メカニズムの作業仮説。

<関連情報>

暗誘導性BGH2はGLK転写因子を抑制し、プラスチドの恒常性を維持して光適応を促進する Dark-inducible BGH2 suppresses GLK transcription factors and maintains plastid homeostasis to promote light adaptation

Ryo Tachibana (立花 諒), Rino Akema (明間 莉乃), Akiko Yoshihara (吉原 晶子), Chihiro Ujihara (宇治原 千裕), Kaisei Nishida (西田 快世), Shunshu Ri (李 俊澍), Ayumi Yamagami (山上 あゆみ), Takuya Miyakawa (宮川 拓也), Koichi Kobayashi (小林 康一), Ryouichi Tanaka (田中 亮一) ,…
The Plant Cell  Published:22 July 2025
DOI:https://doi.org/10.1093/plcell/koaf180

Abstract

Light is an essential energy source for plants, but it can cause harmful photooxidative damage that induces cell death. When dark-germinated plants are exposed to the light, etioplasts differentiate into chloroplasts, converting protochlorophyllide (Pchlide) into chlorophyll, while excessive free Pchlide accumulation in etioplasts causes reactive oxygen species (ROS) generation and cell death under light conditions. Despite this knowledge, the molecular mechanisms by which dark-germinated plants adapt to the light environment via transcriptional regulation of chlorophyll biosynthesis remain unclear. We previously identified BRZ-INSENSITIVE-PALE GREEN 4 (BPG4) as a light-inducible chloroplast homeostasis factor. Here, we identified the BPG4 paralog BPG4 HOMOLOGOUS GENE 2 (BGH2) as a nucleus-localized plastid regulator required for light adaptation in Arabidopsis thaliana. Dark-inducible BGH2 interacts with GOLDEN2-LIKE 1 (GLK1) and GLK2, master transcription factors regulating chlorophyll biosynthesis. This interaction suppresses excessive photosynthesis-associated nuclear gene (PhANG) expression, avoids Pchlide overaccumulation in the dark, prevents ROS generation, and promotes healthy cotyledon greening during de-etiolation. BPG4 and BGH2 expression is regulated by GLK and PHYTOCHROME-INTERACTING FACTOR transcription factors under light and dark conditions. Overall, our findings suggest that BGH2 plays an essential role in fine-tuning chlorophyll biosynthesis and etioplast homeostasis by inhibiting GLK transcriptional activity and excessive PhANG expression in the dark.

生物工学一般
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