2010/04/14
【概要】
多量の二酸化炭素を吸い、蓄積する樹木は地上で最大量のバイオマス（生物資源）であり、化石資源に代わる次世代のエネルギー資源として注 目されている。厚い細胞壁（二次細胞壁）をもつ道管細胞や繊維細胞などの木質細胞により構成されるバイオマスを木質バイオマスと呼ぶ。木質細胞は樹木の大 半を構成していることから、木質細胞の形成のしくみを解明することは環境・エネルギー問題の解決につながるたいへん重要な研究課題である。奈良先端科学技 術大学院大学（学長：磯貝彰）バイオサイエンス研究科の出村拓教授（理化学研究所バイオマス工学研究プログラム・チームリーダー兼任）、山口雅利助教（植 物代謝調節学講座）と、独立行政法人理化学研究所（理事長：野依良治）らの研究グループは、水の通り道である道管細胞の形成を制御する新しいタンパク質 （VNI2）の同定に成功した。このタンパク質は、道管細胞形成の鍵になる促進因子としてすでに出村教授が発見しているタンパク質（VND7）の機能を抑 える役割を持つ。このため、VNI2の働きを抑制することでVND7による木質細胞形成が活性化される。その結果として木質バイオマスの増産が可能になる と期待される。この成果は平成22年4月13日（火）付けの米国の科学雑誌The Plant Cellオンライン版に掲載される予定。
【解説】
木質バイオマスは地上で最大量のバイオマスであり、主に細胞壁が発達した木質細胞（道管細胞や繊維細胞）に由来する。出村教授らのグループはこれまでに、 植物特有のNACドメイン転写因子の一つであるVND7タンパク質が、道管細胞の形成の鍵となる促進因子の機能を持つことを、モデル植物であるシロイヌナ ズナから発見した。VND7の作用は極めて強く、通常はVND7が働くと道管細胞形成が起こる。しかし、VND7が発現しても道管細胞形成が起こらない細 胞があることから、VND7の機能を抑制するしくみの存在が予想されていた。
今回、出村教授らは道管細胞形成のメカニズムを解明する目的で、こ のVND7と結合するタンパク質の探索を行ったところ、新たなNACドメイン転写因子であるVNI2タンパク質を発見した。VNI2の役割を詳しく調べた ところVND7と結合することにより、VND7の道管細胞の形成促進活性を強く抑制することが明らかになった。また、VNI2遺伝子の働きを調べたとこ ろ、道管の前駆細胞や道管以外の様々な細胞で発現していることがわかった。さらに、VNI2タンパク質を過剰に発現させたシロイヌナズナ植物体では、道管 細胞の形成が強く抑制された。
【研究の位置づけ】
今回発見したVNI2は、道管細胞形成の促進因子VND7が働く細胞の種類や時期を制限する役割を持つ。また、今後、特定の細胞でVNI2の機能を抑制することができれば、木質細胞の数を増やすことも可能になると期待される。
近年、化石燃料に代わる次世代のエネルギー資源として木質バイオマスが注目され、バイオマス植物として、スイッチグラスやポプラなどのエネルギー作物・樹 木の生産が検討されている。今後は、今回得られた知見を利用することで、エネルギー作物・樹木の性質の改良が可能となり、木質バイオマスの増産に向けた技 術開発につながることが期待される。
【図の説明】
コントロール（左）とVNI2過剰発現体（右）の葉。白く見えるのが道管。通常道管は連続的に形成されるのが、VNI2が過剰発現することによって、道管形成が著しく抑えられ、あちこちで道管が途切れていることが分かる。スケールは1 mm。
