植物ホルモン「サイトカイニン」の長距離輸送の新たなメカニズムを解明—植物の離れた器官の成長を人為的に操作することが可能に—;

2026-06-12

2026-06-12 中部大学

島根大学、中部大学、理化学研究所、東京大学、岡山大学、名古屋大学の共同研究グループは、植物ホルモン「サイトカイニン」の根から葉への長距離輸送を制御する新たな仕組みを発見した。研究では、シロイヌナズナを用い、サイトカイニン受容体遺伝子「AHK3」が根でサイトカイニン輸送量を抑制する“ブレーキ”として機能することを明らかにした。接ぎ木技術を利用して根のみでAHK3機能を失わせたところ、根および道管液中のサイトカイニン濃度が増加し、葉でのサイトカイニン応答性が高まった。その結果、葉面積が有意に増加し、離れた器官の成長を人為的に促進できることが示された。また、この効果は道管へのサイトカイニン積み込みを担う輸送体ABCG14に依存していた。従来、サイトカイニンが根から葉へ成長促進シグナルとして運ばれることは知られていたが、その輸送量を制御する仕組みは不明だった。本研究は、植物体内の器官間情報伝達機構の理解を深める成果であり、将来的には接ぎ木作物において台木側のみの遺伝子改変によって穂木の生育を向上させる新たな増収技術への応用が期待される。成果は『Plant and Cell Physiology』に掲載された。

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サイトカイニン受容体AHK3は、木部におけるトランスゼアチン型サイトカイニンのレベルを調節することにより、葉の大きさに影響を与える Cytokinin receptor AHK3 influences leaf size by modulating trans-zeatin-type cytokinin levels in xylem

Kota Monden,Takamasa Suzuki,Mikiko Kojima,Yumiko Takebayashi,Takehiro Kamiya,Takatoshi Kiba,Hitoshi Sakakibara,Tsuyoshi Nakagawa,Takushi Hachiya
Plant & Cell Physiology Published:12 June 2026
DOI:https://doi.org/10.1093/pcp/pcag052

Abstract

Trans-zeatin (tZ)-type cytokinins (CKs) are predominantly synthesized in roots, transported to the shoot via the xylem, and coordinate diverse physiological processes in aerial organs. Within this process, the regulation of CK biosynthesis by nitrate signaling via nodule inception-like protein 7, as well as the loading of tZ-type CKs into the xylem by ATP-binding cassette transporter G14, have been well studied. However, the roles of other components remain unclear. Here, we show that CK perception and degradation in roots, as mediated by Arabidopsis histidine kinase 3 (AHK3) and CK oxidase/dehydrogenase 4 (CKX4), modulate root-to-shoot tZ-type cytokinin transport in response to nitrate. Grafting experiments demonstrate that root-specific AHK3 deficiency systemically increases the leaf blade area through long-distance signals of root-derived tZ-type CKs, perceived by shoot-expressed AHK3. Transcriptome and hormonome analyses reveal that root-specific AHK3 deficiency reduces CKX4 expression in roots, elevating tZ-type CK levels in roots and xylem sap and thereby enhancing the leaf CK response. Transfer experiments manipulating root nitrate levels show that root-specific AHK3 deficiency promotes the leaf blade area in a manner dependent on both nitrate and root-derived tZ-type CK signaling. Moreover, both nitrate signals and root-expressed AHK3 are required for maximal CKX4 induction in roots, and root-specific CKX4 deficiency enhances the leaf blade area in a nitrate-dependent manner. These findings reveal a novel mechanism in which an AHK3–CKX4 module governs xylem transport of tZ-type CKs, fine-tuning leaf size according to root nitrate status.