日本関連：この研究は海外機関を中心とする国際共同研究で、日本の研究機関に所属する共著者が参加しています。参加国はサウジアラビア、エジプト、日本です。

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

コムギは世界の主要な穀物ですが、乾燥による水不足は発芽や根の発達、収量に大きな影響を与えます。水が足りなくなると、コムギの根は深く伸びたり側根や根毛を増やしたりして、水を吸い上げやすい形に変わります。こうした根の形づくりに関わる仕組みの一つが「RGF（根分裂組織成長因子）」と呼ばれる小さなペプチドです。RGFは細胞の外へ分泌される短いタンパク質の断片です。シロイヌナズナなどのモデル植物では、RGFが根の分裂組織（根の先端で細胞を増やし続ける部分）の維持や側根の形成を調節していることが知られています。

研究チームによると、パンコムギではこのRGF遺伝子群が、ゲノムの面からも機能の面からもまだ体系的に調べられていませんでした。そこで研究チームは三つのことを目指しました。一つ目は、コムギのゲノムからRGF遺伝子をすべて洗い出し、その構造、進化上の関係、染色体上の位置を整理することです。二つ目は、根やほかの組織での働き方を調べることで、特に根の発達や乾燥への応答との関わりに注目しました。三つ目は、RGFペプチドがどの受容体と結合しうるかをコンピューター上で予測することです。

何を、どのように調べたか

研究チームは、国際コムギゲノム解読コンソーシアムが公開した最新の参照ゲノム（RefSeq 2.1版）を使いました。まず、シロイヌナズナで知られているRGFタンパク質の配列を手がかりに、似た配列をコムギのタンパク質データから検索しました。取りこぼしを減らすため、見つかったコムギの配列を使った再検索や、RGFに共通する末端部分だけを使った検索も行いました。見つかった候補については、予測ツールを使って、分泌に必要な目印となる配列（シグナルペプチド）の有無や、細胞内での所在を調べました。あわせて系統関係も解析しました。

パンコムギは、A、B、Dという3組のゲノムを併せ持つ六倍体です。同じ遺伝子が3組のゲノムそれぞれに1つずつ対応して存在することが多く、これらを「同祖遺伝子」と呼びます。研究チームはRNA-seq（遺伝子の発現量を網羅的に測る方法）のデータをもとに、各RGF遺伝子が組織ごとに、また乾燥条件でどう発現するかを調べました。

根でよく働いていたTaRGF5には、3つの同祖遺伝子（TaRGF5A、TaRGF5B、TaRGF5D）があります。研究チームはこれらについて、品種Sids-13を使い、qRT-PCRで発現を確かめました。qRT-PCRは、遺伝子から写し取られたRNAの量を測る方法です。生後7日の苗から乾燥処理を始め、乾燥0日・7日・14日・21日目（生後7・14・20・25日）に根を採取し、乾燥させない対照の植物と比べました。

さらに研究チームは、各遺伝子の上流2000塩基の領域をプロモーター（発現のスイッチにあたる配列）とみなし、調節に関わる配列をデータベースで探しました。最後に、TaRGF5の成熟ペプチド（13個のアミノ酸からなる）と、受容体候補であるTaRGI3の立体構造モデルを使って、二つの計算を行いました。一つは、両者がどう結合するかを予測する計算（ドッキング解析）です。もう一つは、結合した状態が時間とともにどう動くかを100ナノ秒にわたって計算する分子動力学シミュレーションです。ペプチドには、RGFの働きに重要とされる化学修飾（チロシンの硫酸化とプロリンの水酸化）を組み込みました。

主な報告結果

研究チームは、パンコムギに15個のRGF遺伝子を見つけ、TaRGF1からTaRGF5までの5つのグループに分けました。各グループは、A・B・Dゲノムにそれぞれ1つずつある同祖遺伝子からなり、すべてが2番と6番の染色体だけに位置していました。遺伝子の読まれ方の違い（選択的スプライシング）によって、24種類の転写産物が生じることも確認されました。TaRGF4を除くすべてが、分泌用のシグナルペプチドを持つと予測されました。別の予測ツールでは、全メンバーが細胞の外で働くと推定されました。また、前駆体から活性のあるペプチドを切り出す際の目印と考えられる配列や、硫酸化を受けるチロシンを含む配列も保存されていました。

系統解析では、TaRGF5がシロイヌナズナのAtRGF5と近い関係にまとまりました。発現データでは、TaRGF5は根で多く発現していました。乾燥条件では、TaRGF5の3つの同祖遺伝子のいずれも発現が大きく下がりました。qRT-PCRでも同じ傾向が確かめられました。対照の植物では生後20日で発現が最も高かったのに対し、乾燥が長引いた植物ではほとんど検出できないほどに低下しました。対照の条件では、TaRGF5BとTaRGF5DがTaRGF5Aより強く発現する傾向がありました。

一方で、TaRGF1の同祖遺伝子は、対照でも乾燥でも高い発現を保ちました。TaRGF4の一部（TaRGF4D.3、TaRGF4B.1、TaRGF4D.2）は、乾燥で発現が高まりました。プロモーターの解析では、転写因子BES1の結合部位がTaRGF5Bのプロモーターだけで予測されました。BES1は、植物ホルモンのブラシノステロイドの信号に関わる転写因子です。

受容体との結合の計算では、硫酸化されたチロシンがTaRGI3の結合面に入り込むモデルが得られました。このチロシンは、受容体の205番目のアルギニンと電気的な結合（塩橋）を形成しており、シロイヌナズナのモデルと似た結合のしかたでした。分子動力学シミュレーションでは、最初の30ナノ秒ほどで構造が落ち着きました。その後、構造のずれを示す指標（RMSD）は平均2.33オングストロームで推移し、ペプチドが外れる様子は見られませんでした。ペプチドと受容体の間の水素結合は、1フレームあたり平均8.56本保たれました。硫酸化チロシンとアルギニンの相互作用は、シミュレーションの全期間で維持されていました。

この報告が示すこと

研究チームは、この研究をコムギのRGF遺伝子群を初めてゲノム全体で解析したものと位置づけ、コムギ研究の基盤となる資料になると述べています。そのうえで、TaRGF5と受容体TaRGI3の組み合わせは、水の少ない環境で根の伸び方を柔軟に調節する仕組みの候補だと結論づけています。研究チームは、乾燥でTaRGF5が抑えられる理由についても一つの可能性を示しています。それは、根の分裂組織の活動を緩め、限られた資源を既存の根に振り向けるための調節である、というものです。また、ほかのRGF遺伝子が乾燥に対して異なる反応を示したことは、遺伝子群の中で役割が分かれている可能性を示すと解釈しています。

ただし、研究チームはいくつかの限界も挙げています。分子動力学シミュレーションは1本の100ナノ秒の計算にとどまり、独立した複数回の計算は行われていません。解析は、TaRGF5の前駆体が適切に切り出され、チロシンの硫酸化やプロリンの水酸化といった修飾を受けることを示唆しています。しかし、コムギでこれらの修飾がどの程度起きているかは、実験ではまだ確かめられていません。計算の環境は、細胞の外の空間で起こりうるpHや塩の濃度の変動を完全には再現していません。受容体に付くと予測される糖鎖も、構造モデルには含まれていません。さらに、この種の受容体は一般に補助的な受容体と一緒に働きますが、コムギでTaRGI3と組む補助受容体はまだ分かっていません。プロモーターで予測された配列についても、それが植物の中で実際に働いていることを示すものではありません。そのため研究チームは、TaRGF5とTaRGI3の結合は計算に支えられた仮説として扱うべきであり、実際の条件での実験による検証が必要だとしています。

原著論文の著者・所属：Hala B. Khalil（Biological Sciences Department, College of Science, King Faisal University, Al-Ahsa 31982, Saudi Arabia）、Haidar A. Alsahoud（Biological Sciences Department, College of Science, King Faisal University, Al-Ahsa 31982, Saudi Arabia）、Abdulrahman Darwish Mostafa（Genetics Department, Faculty of Agriculture, Ain Shams University, 68 Hadayek Shoubra, Cairo 11241, Egypt）、Fatimah A. Alhassan（Biological Sciences Department, College of Science, King Faisal University, Al-Ahsa 31982, Saudi Arabia）、Norah Al-helal（Al-Anjal Private Schools, Al-Ahsa 36361, Saudi Arabia）、Shinya Ikeno（Department of Biological Functions and Engineering, Graduate School of Life Science and System Engineering, Kyushu Institute of Technology, 2-4 Hibikino, Wakamatsu Ward, Kitakyushu 808-0196, Japan）

※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）：Hala B. Khalil, Haidar A. Alsahoud, Abdulrahman Darwish Mostafa, et al. Genome-Wide Analysis of Triticum aestivum Root Meristem Growth Factor (RGF) Gene Family Highlights TaRGF5 as a Putative Component of Root-Associated Signaling. International Journal of Molecular Sciences（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-08-25. DOI: 10.3390/ijms27177616. 原著ライセンス：CC BY.