著者の所属・活動拠点の国は、中国です。

掲載誌：Genes

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

乾燥、塩害、極端な温度などの「非生物的ストレス」は、植物の成長や作物の生産を妨げる大きな要因です。とくに条件の悪い土地で育てられる多年生の果樹では、その影響が大きいとされています。植物の細胞では、カルシウムイオンの濃度が一時的に変化し、それが成長や、こうしたストレスへの適応を調節する合図になります。

この合図を読み取るたんぱく質の一つが、植物に特有の「CBL（カルシニューリンB様たんぱく質）」です。CBLは「CIPK」と呼ばれるリン酸化酵素と組になって働き、イオンのバランスや浸透圧の調整などを通じてストレスへの適応に関わります。CBL遺伝子群はシロイヌナズナやイネなどのモデル植物で詳しく調べられてきましたが、研究チームによると、ナツメの野生種に近いサネブトナツメ（酸棗）では体系的な調査が報告されていませんでした。

研究チームは、サネブトナツメのゲノム全体からCBL遺伝子を洗い出して性質を整理し、ストレスへの耐性に関わりそうな候補遺伝子を見つけることを目指しました。

何を、どのように調べたか

まず、公開済みのサネブトナツメのゲノム情報を使いました。働きが実験で確かめられているシロイヌナズナとイネのCBLたんぱく質の配列を手がかりに、似た配列をもつ遺伝子を探しました。ゲノムの注釈（遺伝子の位置や構造の記録）に誤りがある場合は、遺伝子を実際に取り出して配列を確かめる「クローニング」や遺伝子発現のデータをもとに手作業で修正しました。

見つかった遺伝子については、染色体上の位置、遺伝子の構造、たんぱく質に共通してみられる配列の特徴、ほかの植物のCBLとの類縁関係を解析しました。遺伝子の上流にある2000塩基対の領域についても、どんな刺激で働きが変わる可能性があるかを示す配列（シス配列）をデータベースで調べました。さらに、遺伝子の働きを抑える小さなRNA（miRNA）の標的になるかを予測し、遺伝子が担う機能の傾向も分析しました。

遺伝子がどれだけ働いているか（発現量）は、さまざまな組織、果実の発達段階、塩・乾燥・塩とアルカリの複合ストレスのもとで、RNA-seqとqRT-PCRという二つの手法で測りました。複合ストレスの実験は二つ行いました。一つは、発芽したばかりの苗をナトリウム150ミリモル・pH9.8の溶液で15日間処理し、純水で育てた苗と根・葉の発現を比べるものです。もう一つは、生育25日の苗をより強いナトリウム200ミリモル・pH10.3の溶液で処理し、2〜10日目に2日おきに試料を採って発現の推移を追うものです。この実験では、ストレスのもとで蓄積する物質として知られるプロリン、可溶性糖、可溶性たんぱく質、過酸化水素の量も測りました。

最後に、ZjCBL1という遺伝子のたんぱく質が、候補となる2種類のCIPK（ZjCIPK13とZjCIPK15）と実際に結合するかを、酵母の中でたんぱく質どうしの結合を検出する「酵母ツーハイブリッド法」で確かめました。

主な報告結果

サネブトナツメのゲノムからは、重複のない10個のCBL遺伝子（ZjCBL1〜ZjCBL10）が見つかりました。これらは12本ある染色体のうち4本に偏って分布していました。10個すべてのたんぱく質に、CBLの目印であるカルシウム結合部位（EFハンド）がありました。ZjCBL1は、既存のゲノム注釈との配列一致率が45.87%しかなく、研究チームが注釈を修正しました。

類縁関係の解析では、10個は三つのグループに分かれました。単子葉植物のイネより、同じ双子葉植物のシロイヌナズナのCBLとの類似性が高いという結果でした。重複してできたとみられる遺伝子の組では、たんぱく質を変える変異が取り除かれてきたことを示す指標が見られ、研究チームは強い「純化選択」を受けてきたと報告しています。遺伝子の上流領域で見つかったストレス関連の配列は、74.5%が非生物的ストレスに関わるものでした。

発現量を調べると、ZjCBL1、ZjCBL2、ZjCBL3、ZjCBL5はどの組織でも、果実のどの発達段階でも高く発現していました。一方、ZjCBL7、ZjCBL8、ZjCBL9はほとんど検出されませんでした。塩とアルカリの複合ストレスのもとでは、葉ではZjCBL1とZjCBL8が、根ではZjCBL5、ZjCBL6、ZjCBL8が主に発現を高めました。

強い複合ストレスを続けた実験では、ZjCBL1、ZjCBL2、ZjCBL5の発現がいずれも高まりましたが、推移には違いがありました。ZjCBL1は8日目まで着実に増え、10日目にやや下がりました。ZjCBL2は6日目に、ZjCBL5は穏やかに増えて8日目に最大になりました。同じ期間、プロリンは急激に増えて10日目に最大となり、可溶性糖や可溶性たんぱく質も徐々に蓄積しました。

酵母ツーハイブリッド法では、ZjCBL1がZjCIPK13とZjCIPK15の両方と結合することが確認されました。結合の信号は、ZjCIPK13のほうがわずかに強いと報告されています。

この報告が示すこと

研究チームは、サネブトナツメのCBL遺伝子群をゲノム全体から初めて明らかにしたとしています。どの組織でも安定して働く遺伝子は、通常の成長に必要なカルシウムの合図に関わっている可能性があり、ふだんはほとんど働かない遺伝子は外からのストレスを受けたときにだけ働く可能性があると考察しています。葉と根で反応する遺伝子が異なることから、地上部と地下部で異なる役割を担っている可能性も示しました。そのうえで、ZjCBL1を、ナツメのストレス耐性を高める育種の有望な候補遺伝子と位置づけています。

ただし、研究チームはいくつかの限界を挙げています。ZjCBL1の発現とプロリンなどの蓄積は時期が重なっていただけで、両者の関係を統計的に解析したわけではなく、因果関係は確かめられていません。発現パターンが似ている遺伝子の組についても、同じ仕組みで調節されているとは相関だけでは言えないとしています。また、機能の推定は主にコンピューター解析と酵母での実験に基づいており、サネブトナツメの体内での働きは確かめられていません。ZjCBL1と結合するかを調べたCIPKは2種類だけで、それらの酵素がどのたんぱく質に作用するのかもまだ分かっていません。

原著論文の著者・所属：Yilong Lu（Liaoning Research Institute of Cash Crops, Liaoning Academy of Agricultural Sciences, Liaoyang 111000, China）、Yong Fan（Liaoning Research Institute of Cash Crops, Liaoning Academy of Agricultural Sciences, Liaoyang 111000, China）、Kun Liu（Liaoning Research Institute of Cash Crops, Liaoning Academy of Agricultural Sciences, Liaoyang 111000, China）、Jian Wen（Liaoning Research Institute of Cash Crops, Liaoning Academy of Agricultural Sciences, Liaoyang 111000, China）、Jialin Sun（Liaoning Research Institute of Cash Crops, Liaoning Academy of Agricultural Sciences, Liaoyang 111000, China）、Wensong Sun（Liaoning Research Institute of Cash Crops, Liaoning Academy of Agricultural Sciences, Liaoyang 111000, 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）：Yilong Lu, Yong Fan, Kun Liu, et al. Genome-Wide Identification and Characterization of the CBL Gene Family in Ziziphus jujuba var. spinosa. Genes（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-09-15. DOI: 10.3390/genes17091121. 原著ライセンス：CC BY.