著者の所属・活動拠点の国は、中国です。

掲載誌：International Journal of Molecular Sciences

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

論文によると、トウモロコシは世界で広く栽培される作物ですが、乾燥や高温などの環境ストレスに加え、ウイルス、細菌、カビ、害虫の被害を受けやすいとされます。そのため、ストレスへの抵抗に関わる遺伝子を見つけて働きを調べることが、育種研究の重要な課題になっています。

研究チームが注目したのは、細胞内で不要になったタンパク質を仕分けて分解へ回す仕組みである「ESCRT複合体」です。SNF7はその中心部分をなすタンパク質の仲間で、膜でできた小さな袋（小胞）を切り離す役割を担います。酵母や哺乳類ではよく調べられていますが、植物では研究が少なく、遺伝子ファミリー全体を系統的に調べた例はまだないといいます。そこで著者らは、トウモロコシのSNF7遺伝子群（ZmSNF7）をゲノム全体から洗い出し、その進化上の特徴と、成長やストレス応答で果たしうる役割を明らかにしようとしました。

何を、どのように調べたか

研究チームは、標準的なトウモロコシ系統B73のゲノムを主な対象とし、比較のためにイネとシロイヌナズナのタンパク質データも調べました。SNF7に特有のタンパク質領域（ドメイン）をもとに2種類の配列検索を行い、候補遺伝子がこの領域を確かに持つかを確認して、ファミリーの構成員を確定しました。

次に、コンピューター解析によって、タンパク質の大きさや性質、3種の植物にまたがる系統関係（進化上の近さ）、共通して保たれている配列のまとまり（モチーフ）、染色体上の位置を調べました。また、B73と別系統のMo17、トウモロコシの野生近縁種テオシントの3つのゲノムの間で、遺伝子が同じ並びの領域に保存されているかを比べました。さらに、遺伝子のスイッチにあたるプロモーター領域にある調節配列の種類、データベースに基づくタンパク質同士の結合の予測、遺伝子の機能分類も解析しました。

発現については公開データを再解析しました。422の組織サンプルを含むデータで各組織での働き方を調べ、乾燥、ウイルス（RBSDV）、炭疽病を起こすカビの一種Colletotrichum graminicola、害虫アワノメイガによる食害という4種類のストレス下のデータで、どの遺伝子の発現量が変化するかを比べました。加えてB73の幼苗を使い、薬剤PEGによる乾燥処理、別のカビFusarium verticillioidesの根への接種、アワノメイガ幼虫の食害を与え、未処理の苗と比べて葉での発現の変化をqPCR（遺伝子の発現量を測る方法）で確かめました。

主な報告結果

トウモロコシでは20個のSNF7遺伝子が見つかりました（イネは15個、シロイヌナズナは14個）。トウモロコシのタンパク質の長さはアミノ酸100〜411個、分子量は11.58〜46.56キロダルトンと幅があり、特定の細胞小器官へ運ばれるための典型的な目印配列は予測されませんでした。

系統解析では、3種のSNF7タンパク質が3つのグループに分かれ、トウモロコシの遺伝子はそれぞれ7、5、8個でした。どのグループにも3種すべての遺伝子が含まれていたことから、著者らは、これらのグループへの分かれ方が種の分化より前に起きたと解釈しています。同じグループの遺伝子はモチーフの構成がよく似ていました。20個の遺伝子は9本の染色体に散らばっており、隣り合って重複した遺伝子の集まりは見られませんでした。20個のうち19個（95%）は、B73、Mo17、テオシントの3つのゲノムすべてで対応する領域が保存されていました。

プロモーター解析では、植物ホルモンや乾燥・低温への応答、組織ごとの発現、成長に関わる調節配列が見つかり、特にアブシジン酸（ABA）とジャスモン酸メチル（MeJA）という植物ホルモンに反応する配列が多くの遺伝子に広く存在していました。タンパク質結合の予測では、ZmSNF7がESCRT経路の他の構成要素や、複合体の解体・再利用を担う酵素と主に結びつくと示されました。組織ごとのデータでは、ほとんどのZmSNF7遺伝子が成長の各段階を通じて中程度に発現していました。

ストレス下では、遺伝子ごとに異なる反応が見られました。乾燥処理の1日後には2つの遺伝子の発現が2倍以上に増え、4日目には増え方が小さくなり、この傾向はqPCRでも確認されました。ウイルス感染では、ある遺伝子（Zm00001eb126990）が3倍以上に増えた一方、別の遺伝子は2倍以上減り、全体では10個が有意に増加しました。C. graminicolaの接種では、ある遺伝子が接種24時間後に4倍以上に増えて96時間後にはほぼ元の水準に戻り、別の遺伝子は24時間後から増え続けました。

アワノメイガの食害では、食害に弱い系統と強い系統の両方で、食害2時間後に共通の反応が見られました。たとえばZm00001eb126990とZm00001eb195640は2〜3倍に増え、Zm00001eb045910とZm00001eb164660は大きく減りました。B73を用いたqPCRでは、Zm00001eb126990の増加とZm00001eb045910の減少が確認された一方、残りの2つは有意な変化を示さず、研究チームはこれを用いた系統の違いによるものと説明しています。Zm00001eb126990は乾燥では発現が減る一方、ウイルス感染と食害では増えており、著者らは一つの遺伝子が異なる種類のストレスの信号をまとめて受け取っている可能性を指摘しています。

20個のうち1個（Zm00001eb171860）は特異で、Mo17とテオシントに対応領域がなく、機能不明の別の領域を余分に持ち、どの組織でも発現がきわめて低く、ファミリー内の他のメンバーとの結合も予測されませんでした。

この報告が示すこと

研究チームは、トウモロコシのSNF7遺伝子をゲノム全体から特定したことで、トウモロコシにおけるこのファミリーの系統的な同定の空白を埋めたとしています。解析結果を総合して、ZmSNF7はESCRT複合体と協調して細胞内のタンパク質の仕分けと分解を担い、ホルモンの信号や環境への応答の調節に関わると解釈しています。また、遺伝子ごとに役割が分かれ、ストレス応答を主に担うもの、成長の調節を担うもの、その両方を担うものがある可能性を述べていますが、その分担のあり方は実験による検証が必要だとしています。

発現の変化をもとに、研究チームはZm00001eb126990、Zm00001eb045910、Zm00001eb164660の3つを、機能をさらに確かめるべき候補遺伝子として挙げました。限界として著者らは、再解析した公開データが別々の研究から集めたもので、トウモロコシの系統や生育段階が異なるため、見いだした発現パターンの正確さや一般性が損なわれている可能性を挙げ、候補遺伝子の働きは目的を絞った機能実験で確かめる必要があるとしています。

原著論文の著者・所属：Dan Wang（Henan Provincial Laboratory of Maize Biology, Engineering Research Center for Maize Genomic Editing and Genetic Transformation, Henan Academy of Agricultural Sciences, Zhengzhou 450002, China; State Key Laboratory of Maize Bio-Breeding, Institute of Cereal Crops, Henan Academy of Agricultural Sciences, Zhengzhou 450002, China）、Wei Hu（Henan Provincial Laboratory of Maize Biology, Engineering Research Center for Maize Genomic Editing and Genetic Transformation, Henan Academy of Agricultural Sciences, Zhengzhou 450002, China; State Key Laboratory of Maize Bio-Breeding, Institute of Cereal Crops, Henan Academy of Agricultural Sciences, Zhengzhou 450002, China）、Cuiping Xin（Henan Provincial Laboratory of Maize Biology, Engineering Research Center for Maize Genomic Editing and Genetic Transformation, Henan Academy of Agricultural Sciences, Zhengzhou 450002, China; State Key Laboratory of Maize Bio-Breeding, Institute of Cereal Crops, Henan Academy of Agricultural Sciences, Zhengzhou 450002, China）、Xinyan Sun（Henan Provincial Laboratory of Maize Biology, Engineering Research Center for Maize Genomic Editing and Genetic Transformation, Henan Academy of Agricultural Sciences, Zhengzhou 450002, China; State Key Laboratory of Maize Bio-Breeding, Institute of Cereal Crops, Henan Academy of Agricultural Sciences, Zhengzhou 450002, China）、Wenbo Yang（State Key Laboratory of Maize Bio-Breeding, Institute of Cereal Crops, Henan Academy of Agricultural Sciences, Zhengzhou 450002, China）、Meichen Zhu（State Key Laboratory of Maize Bio-Breeding, Institute of Cereal Crops, Henan Academy of Agricultural Sciences, Zhengzhou 450002, China）、Huimin Li（State Key Laboratory of Maize Bio-Breeding, Institute of Cereal Crops, Henan Academy of Agricultural Sciences, Zhengzhou 450002, China）、Yanping Fan（State Key Laboratory of Maize Bio-Breeding, Institute of Cereal Crops, Henan Academy of Agricultural Sciences, Zhengzhou 450002, China）、Yanyong Cao（Henan Provincial Laboratory of Maize Biology, Engineering Research Center for Maize Genomic Editing and Genetic Transformation, Henan Academy of Agricultural Sciences, Zhengzhou 450002, China; State Key Laboratory of Maize Bio-Breeding, Institute of Cereal Crops, Henan Academy of Agricultural Sciences, Zhengzhou 450002, China）

※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）：Dan Wang, Wei Hu, Cuiping Xin, et al. Genome-Wide Identification of SNF7 Gene Family in Maize and Potential Roles in Response to Abiotic and Biotic Stress. International Journal of Molecular Sciences（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-09-08. DOI: 10.3390/ijms27187985. 原著ライセンス：CC BY.