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種子発芽の温度範囲を決める仕組み解明 気候変動に対応した種子発芽制御技術応用に期待 明治大学農学部2024年7月10日

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明治大学農学部の川上直人教授、同大学院農学研究科博士後期課程の大谷真彦氏(現:博士(農学)、明治大学研究・知財戦略機構 研究推進員)をはじめとする国際共同研究グループ(パリ-サクレー大学・フランス国立農業食料環境研究所のJean Colcombet博士、香川大学農学部の市村和也教授、国立遺伝学研究所の越水静助教ら)は、種子が発芽可能な温度範囲を決める仕組みを解明した。

図1:冬型一年生草本種子の発芽の季節決定:種子の休眠と環境の温度図1:冬型一年生草本種子の発芽の季節決定:種子の休眠と環境の温度

種子が発芽する季節・タイミング(時季)は、種子自身が持つ休眠の状態と環境の温度の組合せによって決まる。種子成熟後の時間経過に伴う休眠性の低下は、発芽可能な温度範囲の拡大をもたらし、環境の温度がこの範囲に収まる時季に発芽する(図1)。

種子は、本来と異なる時季に発芽すると、個体の成長や種子生産がダメージを受けるため、生育に適したタイミングで発芽することが重要。今回、共同研究グループは、種子が発芽可能な温度範囲を決める仕組みを解明した。

この仕組みでは、酵母から植物、動物まで広く存在する細胞内情報伝達経路、MAPキナーゼカスケードが中心的な役割を持ち、発芽の適温でカスケードが活性化され、植物ホルモンの作用を調節して発芽を促して発芽の温度範囲を決めていることを明らかにした。このカスケードで働くタンパク質リン酸化酵素(キナーゼ)の一つ、MKK3は、コムギやオオムギでは小麦粉やモルト(麦芽)の品質を大きく左右する穂発芽関連遺伝子。

今回の研究は、種子が温度を感知して発芽の時季を制御する仕組みの解明につながるだけでなく、温暖化に対応し、安定した作物生産を可能とする、種子発芽制御技術の開発への応用が期待される。

同研究成果は、米国科学アカデミーが発行する総合科学学術誌『Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS)』に掲載された。

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