著者の所属・活動拠点の国は、韓国です。

掲載誌：Plants

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

コムギは、穂が出たあと穀粒にデンプンやタンパク質をためていきます。この時期を登熟期と呼びます。研究チームによると、登熟期に高温にさらされると生育が早まり、穀粒を太らせる期間が短くなります。その結果、粒の重さや収量が下がることが知られています。韓国のコムギ品種でも、高温への反応は品種によって異なると報告されてきました。

一方で、高温を受ける時期や強さが品種の違いと組み合わさって、穀粒の発達や貯蔵物質の代謝にどう影響するのかについては、情報が限られていました。品種ごとの見た目の反応が、遺伝子の働き方の違いと結びついているのかも分かっていませんでした。そこで研究チームは、韓国の主要品種「セクムガン」と「ファングムアル」を使って調べました。高温の影響は受ける時期によって変わり、その変わり方は品種ごとに異なる、という仮説を検証することが目的です。

何を、どのように調べたか

2品種は、粒の品質やデンプンに関わる性質が互いに異なります。研究チームは2品種を1鉢1株で育て、株ごとに出穂日を記録しました。高温処理は、出穂後10日目または20日目に始め、5日間続けました。温度は昼の最高/夜の最低で3段階を設けました。25/15℃を対照とし、35/25℃と40/30℃を高温処理としました。各処理は3反復です。

比べた項目は、粒の面積・長さ・幅、粒の内部にある胚乳（デンプンなどをためる部分）と胚（芽になる部分）の発達です。さらに、収穫時に集めた粒を使って、100粒の重さと、近赤外分光法で測ったタンパク質濃度を調べました。

遺伝子の働きは2つの方法で調べました。1つ目はRT-qPCRという方法で、デンプン合成に関わる遺伝子と貯蔵タンパク質に関わる遺伝子の発現が、処理後の時間とともにどう変わるかを追いました。2つ目は、別に行った実験でのRNA-seq（全遺伝子の発現を網羅的に読み取る方法）です。この実験では、出穂後10日目から5日間または10日間、高温を続けました。そのうえで、対照と比べて発現が2倍以上変化した遺伝子（発現変動遺伝子）を数え、それらの機能を分類しました。

主な報告結果

出穂後10日目から高温を与えると、両品種とも35℃と40℃で粒の面積・長さ・幅が対照より小さくなりました。この縮小は40℃でより強く表れました。20日目から与えた場合にも粒の形は変化しましたが、その出方は品種や測った項目によって異なりました。セクムガンでは、20日目の処理で粒の長さと幅は小さくなった一方、面積の変化は比較的小さいものでした。統計解析では、粒の面積・幅・長さについて、処理時期と温度の組み合わせによる効果（交互作用）が認められました。胚乳と胚の発達は、外から見た粒の形と必ずしも同じ変化を示しませんでした。

100粒重にも品種差が出ました。セクムガンでは、10日目の処理で40℃だけが25℃や35℃より有意に軽くなりました。20日目の処理では、35℃と40℃がいずれも25℃より軽くなりました。ファングムアルでは、どちらの時期でも温度が上がるほど100粒重が有意に減りました。

タンパク質濃度は品種と時期で反応が分かれました。セクムガンでは、どちらの時期でも温度が高いほど濃度が上がりました。ファングムアルでは、10日目の処理で40℃が25℃より高くなりました。ところが20日目の処理では、35℃と40℃が25℃より低くなりました。

遺伝子発現については、10日目からの処理で、デンプン合成に関わる遺伝子（TaSSI、TaSBEII、TaGBSSI）が、いくつかの採取時点で対照より低くなりました。この低下は40℃でより強いことが多く見られました。貯蔵タンパク質に関わる遺伝子は、一時的に発現が高まる時点がありましたが、その状態は続きませんでした。20日目からの処理では、どちらの遺伝子群もおおむね発現が下がりました。

RNA-seqでは、両品種とも40℃で35℃より多くの遺伝子の発現が変化しました。セクムガンでは、40℃・5日間で発現が上がった遺伝子が5933、下がった遺伝子が3990ありました。35℃・5日間では、上がった遺伝子が1063、下がった遺伝子が689でした。ファングムアルでは、40℃で上がった遺伝子が5日間で1160から10日間で3145へ、下がった遺伝子が1348から2822へと、処理が長いほど大きく増えました。

発現が変化した遺伝子の機能分類では、セクムガンの40℃・5日間で発現が上がった遺伝子に、タンパク質の折りたたみや成熟に関わるものが多く含まれていました。ファングムアルについては、40℃・10日間で発現が下がった遺伝子に、クロマチン（DNAとタンパク質の複合体）の構造に関わる過程や炭水化物の代謝に関わるものが多く含まれていました。研究チームは、この2つの結果は品種も処理期間も異なる条件から得たものであり、同じ条件での品種比較とはみなすべきではないと注意しています。

これとは別に、同じ温度・同じ処理期間の条件で2品種を直接比べた解析も行われました。その結果、発現が変化した遺伝子の数や分布は温度と処理期間によって異なり、研究チームは、同じ環境条件でも2品種の遺伝子の反応が異なっていたと報告しています。

この報告が示すこと

研究チームは、登熟期のコムギの高温反応を評価するときには、温度の高さだけでなく、高温を受けた時期、続いた期間、品種を合わせて考える必要があると結論づけています。

解釈については、いくつかの注意が述べられています。1つ目は、タンパク質濃度が上がっても、タンパク質の絶対量が増えたとは言えない点です。粒の重さやデンプンの減り方がタンパク質の減り方より大きければ、割合としての濃度は上がりうるためです。2つ目は、遺伝子の発現の変化だけでは、実際の酵素の働きや代謝の量までは決められない点です。3つ目は、発現が変化した遺伝子の数が多いことが、そのまま高温下での品種の出来の良し悪しを示すわけではない点です。

研究の限界として、網羅的な遺伝子解析は出穂後10日目に始めた処理だけで行われました。そのため、登熟の前半と後半を遺伝子レベルで直接比べることはできていません。また、RNA-seqで見つかった代表的な遺伝子は、RT-qPCRによる独立した確認がされていません。

原著論文の著者・所属：Ju-Young Choi（Winter Crop Research Division, National Institute of Crop and Food Science, Rural Development Administration, Wanju 55365, Republic of Korea）、Junseok Choi（Winter Crop Research Division, National Institute of Crop and Food Science, Rural Development Administration, Wanju 55365, Republic of Korea）、Jae-Han Son（Winter Crop Research Division, National Institute of Crop and Food Science, Rural Development Administration, Wanju 55365, Republic of Korea）、Yurim Kim（Winter Crop Research Division, National Institute of Crop and Food Science, Rural Development Administration, Wanju 55365, Republic of Korea）、Han-Yong Jeong（Winter Crop Research Division, National Institute of Crop and Food Science, Rural Development Administration, Wanju 55365, Republic of Korea）、Jinhee Park（Winter Crop Research Division, National Institute of Crop and Food Science, Rural Development Administration, Wanju 55365, Republic of Korea）、Goeun Lee（Winter Crop Research Division, National Institute of Crop and Food Science, Rural Development Administration, Wanju 55365, Republic of Korea）、Sookjin Kim（Winter Crop Research Division, National Institute of Crop and Food Science, Rural Development Administration, Wanju 55365, Republic of Korea）、Chon-Sik Kang（Winter Crop Research Division, National Institute of Crop and Food Science, Rural Development Administration, Wanju 55365, Republic of Korea）、Chuloh Cho（Winter Crop Research Division, National Institute of Crop and Food Science, Rural Development Administration, Wanju 55365, Republic of Korea）

※本記事は原著論文をもとに、日本語で要約・説明を加えた研究紹介です。 出典（原著論文）：Ju-Young Choi, Junseok Choi, Jae-Han Son, et al. Heat Stress Responses During Grain Filling in Two Korean Wheat Cultivars as Affected by Developmental Stage and Exposure Duration. Plants（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-10-13. DOI: 10.3390/plants15203130. 原著ライセンス：CC BY.