植物の細胞壁を作り変える新機構を解明~収穫に適した形態や乾燥ストレス耐性向上など植物の改良に新たな道~

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2025-03-06 産業技術総合研究所

産業技術総合研究所(産総研)を含む研究グループは、植物の細胞壁構造を制御する新たなメカニズムを解明しました。シロイヌナズナの道管細胞壁に異常を示す変異体を研究し、KNAT7遺伝子がフォルミン11(FH11)遺伝子の発現を抑制することを発見。KNAT7が機能しない場合、FH11の発現が増加し、細胞膜近傍でのアクチン重合が促進され、道管の細胞壁構造が変化することが明らかになりました。この知見は、植物の形態改良や乾燥耐性向上などに応用できる可能性があります。

<関連情報>

細胞膜に結合したアクチンの重合制御が木部血管の細胞壁パターンを規定する Control of plasma membrane-associated actin polymerization specifies the pattern of the cell wall in xylem vessels

Saku T. Kijima,Takema Sasaki,Yuichiro Kikushima,Daisuke Inoue,Shingo Sakamoto,Yuki Kondo,Soichi Inagaki,Masatoshi Yamaguchi,Nobutaka Mitsuda & Yoshihisa Oda
Nature Communications  Published:26 February 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-56866-y

植物の細胞壁を作り変える新機構を解明~収穫に適した形態や乾燥ストレス耐性向上など植物の改良に新たな道~

Abstract

Cell wall patterning is central to determining the shape and function of plant cells. Protoxylem and metaxylem vessel cells deposit banded and pitted cell walls, respectively, which enable their distinctive water transport capabilities. Here, we show that the pitted cell wall pattern in metaxylem vessels is specified by transcriptional control of actin polymerization. A newly isolated allele of KNOTTED-LIKE HOMEOBOX TRANSCRIPTION FACTOR 7 (KNAT7) was associated with the formation of banded cell walls in metaxylem vessels. Loss of KNAT7 caused misexpression of FORMIN HOMOLOGY DOMAIN CONTAINING PROTEIN11 (FH11) in the metaxylem, which in turn caused rearrangements of ROP GTPases and microtubules in banded patterns. FH11 function required its plasma membrane anchoring and actin polymerization activity. These results suggest that excessive actin polymerization at the plasma membrane abolishes the pitted cell wall formation and promotes banded cell wall formation in metaxylem vessels. This study unveils the importance of proper control of actin polymerization for cell wall pattern determination.

細胞遺伝子工学
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