著者の所属・活動拠点の国は、中国です。

掲載誌：Antioxidants

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

コムギは乾燥地や半乾燥地で多く栽培されており、干ばつや高温、低温といった不利な環境が安定生産を脅かしています。研究チームは、高く安定した収量につながる遺伝子資源を探る必要があると述べています。

注目したのは、WRKYと呼ばれる転写因子の仲間です。転写因子は、ほかの遺伝子のスイッチを入れたり切ったりするたんぱく質です。WRKY転写因子は、標的遺伝子の調節領域にある「W-box」という配列に結合し、植物の成長や、病気・乾燥などのストレスへの応答に関わることが知られています。コムギのWRKY遺伝子にはすでに機能が報告されたものも多くありますが、TaWRKY65-3Bの働きはまだ報告されていませんでした。

また著者らは、乾燥を感じ取ることから、二次代謝物と呼ばれる防御などに関わる化合物の合成を組み替えるまでの、WRKYを中心とした調節の仕組みは十分に分かっていないと指摘しています。そこで研究チームは、TaWRKY65-3Bをイネで強く働かせ、成長や収量への影響と、模擬的な乾燥条件で遺伝子の働きや代謝がどう変わるかを調べました。

何を、どのように調べたか

研究チームは、コムギ品種「Hanxuan 10」からTaWRKY65-3Bを取り出しました。この遺伝子を、イネ品種「Kitaake」に導入しています。導入には、体のどこでも常に強く働くプロモーター（遺伝子のスイッチ部分）を使いました。導入後3世代目で遺伝的に安定した系統のうち、遺伝子の働きの強さが異なる2系統（OE15とOE17）を選びました。そして、遺伝子を導入していない野生型のイネと、草丈、根や分げつ（茎の枝分かれ）の数、1穂あたりの粒数、千粒重、1株あたりの収量を比べました。

あわせて、遺伝子そのものの性質も調べています。具体的には、遺伝子の構造、ほかのWRKYとの類縁関係、細胞内でたんぱく質がある場所、そして遺伝子の上流3000塩基にどのような調節配列があるかの予測です。

乾燥への応答は、発芽させたイネを水耕で2週間育てた苗で調べました。苗を、ポリエチレングリコール（PEG6000）を水1kgあたり192g溶かした液、または脱イオン水で処理しています。PEGを溶かすと根が水を吸いにくくなるため、乾燥に似た状態をつくれます。そのうえで、RNA配列解読によって数多くの遺伝子の働きを一斉に測りました（トランスクリプトーム解析）。また、質量分析によって数多くの代謝物を一斉に測りました（メタボローム解析）。両者の結果を代謝経路ごとに突き合わせています。これらの網羅的な解析は、代表系統としてOE15で行われました。

主な報告結果

TaWRKY65-3Bを導入したイネでは、成熟期の草丈が有意に低くなりました。一方、根の数や分げつ数には影響がありませんでした。1穂あたりの粒数は減り、OE15では野生型より有意に少なくなっていました。千粒重は野生型の27.04gに対し、OE15で23.03g（14.8%減）、OE17で25.09g（7.20%減）でした。1株あたりの収量は野生型の19.72gに対し、OE15で10.27g（47.9%減）、OE17で13.01g（34.0%減）でした。

模擬乾燥条件でのOE15と野生型の比較では、働きが増えた遺伝子が、テルペノイドと呼ばれる化合物群の骨格をつくる経路に集中していました。逆に働きが減った遺伝子は、フェニルプロパノイドという別の化合物群の合成経路に集中していました。遺伝子と代謝物の結果を合わせると、56の代謝経路が両方で関係していました。そのうち21経路は両方で統計的に有意でした。

遺伝子の側で最も目立ったのは、ジテルペノイドの合成経路です。ジテルペノイドはテルペノイドの一種です。この経路に属する12遺伝子のうち9遺伝子は働きが増え、3遺伝子は減っていました。働きが増えた遺伝子には、OsCPS2、OsCPS4、OsKS4のように骨格づくりの最初の段階を担う遺伝子が含まれていました。また、イネの防御物質「ファイトカサン」の合成に関わるOsCYP76M7も含まれていました。代謝物の側でも同じ経路が浮かび上がりました。質量スペクトルの照合からネオアビエチン酸と推定されたジテルペノイドが見つかっています。この物質は、野生型では模擬乾燥によって減っていました。一方、OE15では模擬乾燥下で野生型の約2.2倍（FC=2.195）に増えていました。ただし、この物質の同定は標準物質による確認を経ていません。

代謝物の側で最も濃縮度が高かったのは、膜を越えて物質を運ぶ「ABCトランスポーター」に関わる経路でした。この経路に関わる16の代謝物のうち、グアノシン、ウリジン、リボフラビンなど11種が増えていました。一方、トレハロース、ショ糖、グルタミン酸など5種は減っていました。

この報告が示すこと

著者らは、TaWRKY65-3Bは本来とは異なる単子葉植物で常に強く働かせた場合、成長や生殖発達を抑える方向に働くと解釈しています。その背景として挙げているのが、ストレスへの備えと成長とのあいだの「トレードオフ」です。ストレスがない状況でも防御的な仕組みが常に動くと、成長や子実づくりに回る資源が減る、という考え方です。研究チームはここから、ストレスで働く WRKY遺伝子を作物改良で無差別に常時強く働かせることには注意が必要だとしています。そして、ストレス時だけ働くプロモーターを使う方法や、ゲノム編集で遺伝子の働きを調整する方法が重要だと述べています。

代謝面では、遺伝子の働きの変化から、イネの防御物質であるファイトカサンとモミラクトンの合成に関わる遺伝子群が活性化したと著者らは解釈しています。そして、TaWRKY65-3Bはイネのジテルペノイド合成遺伝子群を幅広く活性化する可能性があると考えています。

一方で、研究チームは限界も明記しています。網羅的な解析は1系統（OE15）でしか行っておらず、ほかの系統でも同じ結果になるかは確かめる必要があります。TaWRKY65-3Bがこれらの合成遺伝子に直接結合して働きを調節しているという直接の証拠はありません。増えた代謝物の正確な構造も未確認です。さらに、ジテルペノイド代謝とABCトランスポーターの変化が互いにどう結びつくかも、今後の検討課題とされています。

原著論文の著者・所属：Yanfei Zhang（College of Agronomy, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450046, China; College of Mechanical & Electrical Engineering, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450046, China）、Mengyuan Li（College of Agronomy, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450046, China）、Gezi Li（College of Agronomy, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450046, China）、Geng Ma（College of Agronomy, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450046, China）、Haiyan Zhang（College of Agronomy, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450046, China）、Lifang Wang（College of Agronomy, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450046, China）、Wei Feng（College of Agronomy, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450046, China; State Key Laboratory of High-Efficiency Production of Wheat-Maize Double Cropping, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450046, China）、Yingxin Xie（College of Agronomy, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450046, China; State Key Laboratory of High-Efficiency Production of Wheat-Maize Double Cropping, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450046, China）、Wanzhang Wang（College of Mechanical & Electrical Engineering, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450046, China）、Dongyun Ma（College of Agronomy, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450046, China; State Key Laboratory of High-Efficiency Production of Wheat-Maize Double Cropping, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450046, China）、Chenyang Wang（College of Agronomy, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450046, China; State Key Laboratory of High-Efficiency Production of Wheat-Maize Double Cropping, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450046, 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）：Yanfei Zhang, Mengyuan Li, Gezi Li, et al. Molecular Cloning and Functional Characterization of TaWRKY65-3B: Constitutive Overexpression in Rice Reduces Grain Yield and Reprograms Simulated-Drought-Responsive Metabolism via Diterpenoid Biosynthesis. Antioxidants（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-10-01. DOI: 10.3390/antiox15101262. 原著ライセンス：CC BY.