植物 や根 広 具合を決 遺伝子を発見
古屋大学大学院生命農学研究科 研究科長：川 一人 森田 寺尾 美代 教授 古谷将彦 ふ さ こ 特任助教 西村岳志 特任助教 奈良先端科学技術大学院大学 田坂昌生 さ さ 誉教授 大阪大学 田中博和 助教 埼玉大学 豊田正嗣
さ 准教授 共 研究 シロイヌナズナ 根 胚軸 茎 べ 器官 重力
屈性を制御 遺伝子フ ミ ーを見い そ 機能 重力感 細胞
重力刺激 応 オーキシン輸送制御 あ こ を明
植物 多 や側根を持 こ 重力方向 対 一定 角度を保
成長 こ 振 や根 張 い 特徴あ 植物構造 プ ント ーキテクチ
ャ を プ ント ーキテクチャ 植物 地 地 部 い 資源
得を最適 機構 1 考え 育種 重要 形質 今回 研究
主茎や主根 重力屈性 重力情報伝達機構 プ ント ーキテクチャを決 側
や側根 角度制御 使わ い こ 分 さ 研究を進 こ
将来的 用植物 育種やプ ント ーキテクチャを制御 成長調節剤 開発 期待さ
こ 研究成 成 「9 8 1 日付 米国東部時間午前10 時 米国科学雑誌 Tしe Plぐn下 （ell オン イン版 掲載さ
こ 研究 科学技術振興機構戦略的創造研究推進事業（REST 日本学術振興会NEXT たrogrぐm 支援 行わ
研究背景 内容 植 物 根 地 中 向 茎 空 向 成長
植物 力 方向 感 根 水分や栄養分 豊富 地 中 地 部 合成や生殖 有 利 方 体 各 器 官 配 置
要 環境応答 1
力屈性 いい 力屈性 示
根や茎 器官 力方
向 変化 器官 傾 容 力感 細胞 あ
細 胞 色 素 体 ン プ ン 高 度
蓄 積 プ
細胞質 比 高く 力
方向 沈降 力
方 向 識 要 あ
知 い 力方向 識
さ 後 器官内 成長 調 節 植 物 ホ ン あ
キシン濃度 差 生 器官 屈曲 示さ い 図 1 力感 細胞
容さ 力刺激 従 器官内 キシン分布 制御さ 感 細胞内 情報伝達
仕組 明 さ い 今回 植物 あ シ イ 用い 植
物特有 遺伝子LZY 。LAZY1-せじずe)フ 力感 細胞内 力刺激 応 キシン分 布制御 行う 明
研究 力感 細胞分化 全 花茎 力屈性能 失 突然変異体 eaせ1 生型 花茎 RNA 抽出 イク イ いう手法 用い eaせ1 発現 低 遺伝
子 探 遺伝子 中 感 細胞 発現 力情報伝達 機能 遺伝子
含 期待 多く 候補遺伝子 中 イ 地 部 力屈性異常変異体 原因
遺伝子 あ LAZY1遺伝子 低い相 性 示 遺伝子 2 見 LZY1, LZY2 付 LZY2 相 性 高いLZY3 共 シ イ い 機能解析 行い 単 独 多 変異体 作成 力屈性能 解析 結 花茎 胚軸 根 器官 貢献 度 異 LZY1, LZY2, LZY3 力屈性 冗長的 働く 分 次
遺伝子 期待通 力感 細胞 発現 調 LZY1, LZY2, LZY3 花茎 胚軸 い 力感 細胞 あ 内皮細胞 発現 LZY2, LZY3 根 力感 細胞 あ コ 細
胞 発現 い 分 図 2 力感 細胞特異的 遺伝子発現 さ プ
タ 制御 い LZY遺伝子 変異体 力屈性異常 回復さ LZY遺
伝子 力感 細胞 機能 明 力屈性能 失 多 変異体
力感 細胞 正常 形成さ プ 力方向 沈降 正常 起 力刺
激 応 器官内 キシン偏差分布 生 い 見い 従 LZY遺伝子
図 シ ロ イ 主 根 け 力屈性反応
力感受細胞内 ア ロプ ト 沈 降 力 感 受 器 官 偏差成長 至 情報 流 を 図 示 た 今 回 感 受 細 胞 内 力情報伝達 関わ 遺伝 子を見出 た
機能 プ 沈降後 情報 キシン偏差分布 感 細胞内 情 報伝達 あ 言え
植物 多く や側根 持 力方向 対 一定 角度 保 成長 傾
斜 力屈性 く 横 力屈性 呼 性質 示 シ イ 側 や側根 斜 角度 保 せどと 多 変異体 側 や側根 力 逆 方向 斜 角度 保 いう 性質 示 分 図 3 力感 細胞特異的 LZY遺伝子 発現さ 正常 角度 戻 主茎や主根 力屈性 力情報伝達機構 側 や側根 角度制御
使わ い 分 側根 角度制御 LZY遺伝子 役割 さ 詳 く調
力感 細胞 発現 キシン排出輸送体 PIN3 根冠 発現パタ ン 力方向 偏
機能 持 キシン 力方向 偏差分布さ 図4 水平方向
伸長 い 若い側根 伸長角度 力側 傾 いう新 い 提示 図 L L L 主 力感受細胞 発現 い
各遺伝子 プロ ー ー領域 pL U β ロ ーゼ 遺伝子を連結 たも を 生型植 物 導入 た形質転換体を用いた 各遺伝子 発現 組織 U 働 青色 染色さ
花茎 び胚軸 内皮 主根 根端 コ く染色さ い
成 意義
力屈性 側生器官 伸長角度制御 植物器官 空間配置 プ ン キ クチ 植 物構造：いわゆ 振 根 張 や樹冠 さ 要因 1 草 や 数 様 育種 要 形質 イ や ウ コシ い 葉 角度 向 形質 密植や 合成効率
改善 生産 増大さ う 農業的 要度 比 分子
学術的 研究 少 く 理解 進 い 今回 研究 得 成
未知 あ 力屈性 力情報伝達 分子機構 理解 大 く前進さ
遺伝子フ 研究 さ 進 将来的 有用植物 育種やプ ン
キ クチ 制御 成長調節剤 開発 期待さ
用語説明 遺伝子フ
一 祖 遺伝子 由来 配列 互い 似 い 一群 遺伝子 いう
力感 細胞
力屈性 い 力方向 変化 感 細胞 細胞内 力方向 移動
プ 含
図 L 機能欠損 主軸 力屈性 加え 側枝及び側根 伸長方向 影響
l l l 変異体 側枝 方 側根 方 伸長 た 地 部 播種後約 週 植物 体 地 部 播種後約 週 植物体 g 矢印 力 方向を示
キシン輸送制御
キシン 細胞伸長 細胞極性や器官 軸性 形成 維持 様々 生理 発生現象 制御 植物ホ ン あ キシン輸送体PINフ タンパク質 キシン 組織内 特定 方向 輸送さ キシン輸送 制御 植物器官内 キシン 分布パタ ン
決定要因 あ 発生や環境応答 大 影響 え
プ
植物細胞 含 色素体 細胞 性質 合わ 葉緑体 有色体 白色体 様々 形態
分化 一般 プ ンプン 高度 蓄積 白色体 指 力感 細
胞 含 プ 細胞質 比 高比 力方向 沈降 性質 持 力
感 い 平衡石 役割 持 考え い
イク イ
数 ぼ 遺伝子 一度 検出 方法 網羅的 遺伝子発現解析 く用い 本研 究 方法 用い 生型 eaせ1変異体 間 網羅的 遺伝子発現 比較 行
図 側根端 け ーキシンシ 側根コ け ーキシン輸送体 発現
ー キ シ ン 増 加 応 緑 P シ 濃 く ー キ シ ン シ ー ー rev:: P コ 細胞 発現 ーキシン輸送 関わ PIN P を融合 た遺伝子 PIN P を導入 た形質転換体を用い 若い側根を観察 た 生型 両シ 力方 向 偏 l l l 変異体 逆方向へ 偏 見 ア コ 対 称 位置を示 い g 矢印 力 方向を示
論文
発表雑 ：The Plant Cell
論文 ：Arabidopsis LAZY1 family plays a key role in gravity signaling within statocytes and in branch angle control of roots and shoots.
著者：Masatoshi Taniguchi1, Masahiko Furutani1, Takeshi Nishimura1, Moritaka Nakamura, Toyohito Fushita, Kohta Iijima, Kenichiro Baba, Hirokazu Tanaka, Masatsugu Toyota, Masao Tasaka, and Miyo Terao Morita
(1These authors contributed equally to this work) DOI: https://doi.org/10.1105/tpc.16.00575
