DNAに傷が入った時に働く植物独自の遺伝子群を解明
～ 病原菌の感染など環境のストレスに強い農作物の作出に期待 ～

【概要】

　奈良先端科学技術大学院大学（奈良先端大、学長：横矢 直和）バイオサイエンス研究科 植物成長制御研究室の梅田正明教授、高橋直紀助教らは、植物体内でDNAが損傷すると、遺伝子の活性を調節するタンパク質が146個の遺伝子を制御して、細胞分裂を停止させたり、DNAを修復したりすることを明らかにした。動物にも似た働きをもつタンパク質が存在し、細胞のガン化を抑制しているが、調節している遺伝子群は植物とはかなり異なることが示された。また、植物に病原菌が感染すると、このタンパク質を活性化して様々な遺伝子を制御して、病原菌に対する抵抗性を持たせることを発見した。本研究により、DNA損傷に対する植物独自の応答のしくみを明らかにするとともに、病原菌に対する植物の巧妙な防御戦略を裏付けた。

　植物のDNAに傷が入ると、植物にのみ存在するSOG1と呼ばれるタンパク質が活性化することで成長を停止し、様々な応答反応が引き起こされることが知られていた。しかし、このときに、SOG1がどのような遺伝子を制御しているかについては未解明であった。梅田教授、高橋助教らは、モデル植物のシロイヌナズナを用いてSOG1が制御する146個の遺伝子を同定し、それらが細胞分裂の制御、DNAの修復、病原菌に対する防御応答などさまざまな反応に関わっていることを突き止めた。

　本研究により、遺伝情報であるDNAが傷ついた時に、植物がどのようにDNAを修復し、自身の成長を最適に制御しているか、その詳細な仕組みが明らかとなった。今後は、SOG1の機能を改変することで、紫外線によるDNA損傷や病原菌の感染などに耐える強い農作物の作出が期待される。

　この研究成果は、平成30年2月11日付けでThe Plant Journal誌オンラインサイトに掲載された。

【解説】

【本研究の意義】

　今回の研究により、植物体内でDNAが損傷すると、SOG1が、細胞分裂の制御やDNAの修復のみならず、病原菌に対する防御応答も引き起こすことが明らかになった。酸性土壌でアルミニウムが溶け出すと、植物の根においてDNAに傷が入ることが知られている。また、病原菌感染もDNA損傷を引き起こすことが知られている。このような環境要因は、DNA損傷を引き起こすことによりSOG1を活性化して成長を抑制していると考えられることから、今後は、SOG1の機能を改変することにより、様々なストレスに曝されても成長が阻害されないなど、環境変動に対して頑強な農作物の作出が期待される。

【用語解説】

• DNA損傷：DNA損傷は通常の細胞活動の中でも絶えず起きている。さらに、紫外線、放射線、活性酸素、病原菌感染、重金属などの外的ストレスによっても、植物はDNAに損傷を受けることが知られている。
• 転写因子：特定のDNA配列を認識し、遺伝子の発現を制御する働きをもつタンパク質である。遺伝子の転写を活性化もしくは抑制することで、遺伝子の発現量を調節する。
• 植物病原菌：植物に感染して発病させる。植物に病気を起こす病原菌として、細菌、糸状菌、ファイトプラズマ、ウイルスなどがある。

【共同研究者】

• 岐阜大学 応用生物科学部 生産環境科学課程　山本 義治 教授

• 奈良先端科学技術大学院大学バイオサイエンス研究科　西條 雄介 准教授

【掲載論文】

(1) Title : Identifying the target genes of SUPPRESSOR OF GAMMA RESPONSE 1, a master transcription factor controlling DNA damage response in Arabidopsis
(2) naistar：http://hdl.handle.net/10061/12209（NAIST Academic Repository:naistar）

【本研究内容についてコメント出来る方】

土岐 精一［農研機構 生物機能利用研究部門 先進作物ゲノム改変ユニット　ユニット長］
電話 029-838-7419、FAX 029-838-7106
E-mail:stoki@affrc.go.jp

【本プレスリリースに関するお問い合わせ先】

奈良先端科学技術大学院大学 バイサイエンス研究科 植物成長制御研究室
氏名　高橋　直紀　助教
TEL 0743-72-5592　FAX 0743-72-5599　E-mail naoki@bs.naist.jp

研究室ホームページ：　http://bsw3.naist.jp/umeda/

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