植物が栄養環境に応じて花を咲かせる仕組みを解明~環境負荷の低い効率的な施肥と作物収量増産に期待~

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2021-05-11 京都大学

伊藤照悟 理学研究科助教、佐藤長緒 北海道大学准教授、阿部光知 東京大学教授、木羽隆敏 名古屋大学准教授、高木優 埼玉大学教授らの研究グループは、今泉貴登 ワシントン大学教授らと共同で、植物が生育環境中の窒素量に応じて開花のタイミングを調節する仕組みを明らかにしました。

植物にとって窒素はもっとも必要量が多い栄養素で、窒素が欠乏すると植物は大きく成長できません。ただし、窒素を過剰に与えると、葉の成長が促進される一方で、花が咲きにくくなることが古くから知られており、農作物の施肥管理においても重要な点になっています。しかし、こうした窒素に応答した開花制御の分子機構は長年謎のままでした。

本研究では、モデル植物シロイヌナズナを材料に、窒素量に応じた植物の開花制御に、転写因子FBH4タンパク質の働きが重要であることを発見しました。そして、FBH4タンパク質の機能を調節する方法として、リン酸化修飾が鍵となることを見つけました。通常、植物体内でFBH4タンパク質は多くのリン酸化修飾を受けていますが、この度合いが窒素欠乏条件で育てた植物体内では顕著に減少していました。このFBH4タンパク質のリン酸化修飾が、まさに開花のブレーキとなっていて、このブレーキが外れると「花咲かホルモン」である「フロリゲン」が増加し、開花が誘導されることがわかりました。

本研究で得られた知見は、土壌中の窒素栄養環境に左右されずに成長と開花のバランスを保ち、安定した収量を得られる作物品種の開発に役立つことが期待されます。

本研究成果は、2021年5月7日に、国際学術誌「PNAS (米国科学アカデミー紀要)」のオンライン版に掲載されました。


図:シロイヌナズナにおける窒素応答性開花を制御する分子メカニズムのモデル

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研究者情報
研究者名:伊藤照悟

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