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

キャッサバは熱帯で栽培されるイモ類の作物です。デンプンを多く含む肥大した根（貯蔵根）は、食料や家畜の飼料、工業原料として広く使われています。デンプンの量や構造は、貯蔵根の中で働く複数のデンプン合成酵素によって決まります。ただし、これらの酵素の遺伝子が、根の発達に合わせてどのような仕組みで働きを調節されているのかは、まだよく分かっていません。

デンプン合成酵素の一つであるSSIVは、他の植物ではデンプン粒の形成開始やブドウ糖の鎖を伸ばす反応に関わると報告されています。しかし、キャッサバのSSIV（MeSSIV）については、その働きも、遺伝子の働きを上流で制御する仕組みも不明でした。遺伝子のスイッチを入れたり切ったりするタンパク質は「転写因子」と呼ばれます。植物に特有の転写因子であるWRKYファミリーは、キャッサバでは主に病気や乾燥・低温などのストレスへの応答で研究されてきました。一方、デンプン合成との関わりは知られていませんでした。

研究チームは以前、MeWRKY12遺伝子のプロモーター（遺伝子の働きを決める調節領域）が、試験管内で育てた生後28日の幼植物で植物ホルモンに反応することを報告していました。今回の研究では、MeWRKY12がMeSSIVの働きを制御するかどうかを調べました。あわせて、畑で6か月育てたキャッサバでMeWRKY12がどの器官・組織で働くのか、また貯蔵根でそのプロモーターが植物ホルモンにどう反応するのかを明らかにしようとしました。

何を、どのように調べたか

材料には、キャッサバ品種SC8と、以前に作製した遺伝子組換え系統を用いました。この系統は、MeWRKY12のプロモーターの下流に、働くと青く染まる酵素GUSの遺伝子をつないだものです。プロモーターが働く場所で青く染まるため、その活性を目で見たり数値で測ったりできます。植物は中国海南省三亜市の畑で栽培し、6か月齢の株から若い葉、成熟葉、葉柄、茎、細い根（ひげ根）、貯蔵根を採取しました。組換えをしていないSC8を比較対照とし、組織ごとに3株を独立した反復として調べています。

まず、MeWRKY12がMeSSIVのプロモーターに結合するかを酵母の実験系で確かめました。続いて、MeWRKY12自体に遺伝子のスイッチを入れる能力があるかも酵母で調べました。次に、MeWRKY12に緑色蛍光タンパク質（GFP）をつなぎ、タバコの近縁植物の葉で発現させて、細胞内のどこに存在するかを顕微鏡で観察しました。さらに、MeSSIVプロモーターの2000塩基対の断片に発光酵素の遺伝子をつないだものを、MeWRKY12と一緒に植物の葉で発現させました。その発光の強さを、MeWRKY12を含まない空のベクターの場合と比べています。

キャッサバでは、MeWRKY12の遺伝子がどの組織でどれだけ発現しているかを、定量PCRという方法で測りました。プロモーターの活性については、GUSによる染色で分布を観察し、組織の新鮮重1グラムあたりのGUS酵素活性として数値化しました。植物ホルモンへの反応を調べる実験では、貯蔵根の中央部から厚さ約3ミリの輪切りを作りました。これを、アブシシン酸（ABA）、ジャスモン酸メチル（MeJA）、ジベレリン（GA3）のいずれかで、それぞれ100マイクロモーラーの濃度で処理しました。そのうえで、0、2、6、12、24時間後のGUS活性を0時間と比べています。各処理には3本の貯蔵根を用いました。

主な報告結果

酵母の実験では、MeWRKY12がMeSSIVのプロモーターに結合しました。MeWRKY12には遺伝子のスイッチを入れる能力があり、細胞の中では主に核に存在していました。植物の葉で行った発光の実験では、MeWRKY12を一緒に発現させると、MeSSIVプロモーターの活性が空のベクターの場合の約1.76倍になりました。研究チームはこれらの結果から、MeWRKY12がMeSSIVの働きを促す転写因子であると結論づけています。

畑で育てた6か月齢のキャッサバでは、MeWRKY12の発現量は貯蔵根で最も高くなりました。茎とひげ根がそれに続き、若い葉と成熟葉では有意に低い値でした。プロモーターのGUS活性も同様の傾向を示しました。貯蔵根が新鮮重1グラムあたり213.7単位で最も高く、ひげ根が159.5単位、茎と葉柄が106.2〜111.6単位、若い葉と成熟葉が37.7〜39.7単位でした。プロモーターはすべての器官で働いていましたが、特に根、なかでも貯蔵根で強く働いていました。貯蔵根の断面では、コルク形成層、維管束形成層、柔組織が染まりました。葉柄や茎では、維管束や形成層などに広く染色が見られました。

貯蔵根の輪切りでは、3種類のホルモンのいずれもプロモーターの活性を高めましたが、時間に伴う変化の仕方はホルモンごとに異なりました。ABAでは、GUS活性が2時間後に285.8単位まで上がり、6時間後に222.6単位へいったん下がりました。12時間後には処理期間中で最も高い323.4単位に達し、24時間後の240.9単位も0時間より有意に高い値でした。MeJAでは、2時間後に184.9単位、6時間後に161.6単位となり、12時間後に118.2単位まで下がったあと、24時間後に182.9単位へ再び上がりました。GA3では、2時間後に224.1単位となり、研究チームはこれをおよそ3倍の誘導と報告しています。6時間後も218.7単位と高く、その後12時間後に166.9単位、24時間後に172.6単位へ下がりましたが、0時間よりは有意に高いままでした。

この報告が示すこと

研究チームは、この結果によって、これまでストレス応答で知られてきたキャッサバのWRKY転写因子の役割が、デンプン合成遺伝子の制御にまで広がると述べています。キャッサバの貯蔵根では、木部の柔組織が主なデンプンの貯蔵場所です。MeWRKY12のプロモーターが貯蔵根で強く働き、こうした組織でも活性を示したことは、MeWRKY12が貯蔵根の発達やデンプン形成に関わる可能性と矛盾しない、と研究チームは位置づけています。

幼植物を使った以前の研究では、プロモーターの活性は若い葉と根で比較的高く、MeJAへの反応の仕方も今回とは異なっていました。研究チームは、プロモーターの働き方が、植物の齢、組織、育った環境、処理方法といった条件によって変わる可能性があると考えています。

限界として、研究チームは次の点を挙げています。今回示されたのは、MeWRKY12がMeSSIVのプロモーターに結合し、その活性を高めることまでです。実際の植物体の中でデンプンの合成や蓄積に影響するかどうかは、まだ確かめられていません。また、MeWRKY12が結合するプロモーター上の正確な位置は特定されていません。さらに、植物ホルモンがMeWRKY12を通じてMeSSIVの発現を変えているのかどうかも分かっていません。

原著論文の著者・所属：Yu-Qiang Guo（Key Laboratory of Biology and Genetic Resources of Tropical Crops, Ministry of Agriculture, Key Laboratory for Biology and Genetic Resources of Tropical Crops of Hainan Province, Institute of Tropical Bioscience and Biotechnology, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Haikou 571101, China; National Key Laboratory for Tropical Crop Breeding, School of Life and Health Sciences, Hainan University, Haikou 570228, China）、Xiao-Hua Lu（Key Laboratory of Biology and Genetic Resources of Tropical Crops, Ministry of Agriculture, Key Laboratory for Biology and Genetic Resources of Tropical Crops of Hainan Province, Institute of Tropical Bioscience and Biotechnology, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Haikou 571101, China）、Yi-Heng Wang（Key Laboratory of Biology and Genetic Resources of Tropical Crops, Ministry of Agriculture, Key Laboratory for Biology and Genetic Resources of Tropical Crops of Hainan Province, Institute of Tropical Bioscience and Biotechnology, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Haikou 571101, China; School of Tropical Agriculture and Forestry, Hainan University, Haikou 570228, China）、Lu-Hua Wang（School of Tropical Agriculture and Forestry, Hainan University, Haikou 570228, China）、Yan Wang（Key Laboratory of Biology and Genetic Resources of Tropical Crops, Ministry of Agriculture, Key Laboratory for Biology and Genetic Resources of Tropical Crops of Hainan Province, Institute of Tropical Bioscience and Biotechnology, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Haikou 571101, China; School of Tropical Agriculture and Forestry, Hainan University, Haikou 570228, China）、Wen-Ya Guo（National Key Laboratory for Tropical Crop Breeding, School of Life and Health Sciences, Hainan University, Haikou 570228, China）、Rui-Mei Li（Key Laboratory of Biology and Genetic Resources of Tropical Crops, Ministry of Agriculture, Key Laboratory for Biology and Genetic Resources of Tropical Crops of Hainan Province, Institute of Tropical Bioscience and Biotechnology, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Haikou 571101, China）、Jiao Liu（Key Laboratory of Biology and Genetic Resources of Tropical Crops, Ministry of Agriculture, Key Laboratory for Biology and Genetic Resources of Tropical Crops of Hainan Province, Institute of Tropical Bioscience and Biotechnology, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Haikou 571101, China）、Yuan Yao（Key Laboratory of Biology and Genetic Resources of Tropical Crops, Ministry of Agriculture, Key Laboratory for Biology and Genetic Resources of Tropical Crops of Hainan Province, Institute of Tropical Bioscience and Biotechnology, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Haikou 571101, China）、Jian-Chun Guo（Key Laboratory of Biology and Genetic Resources of Tropical Crops, Ministry of Agriculture, Key Laboratory for Biology and Genetic Resources of Tropical Crops of Hainan Province, Institute of Tropical Bioscience and Biotechnology, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Haikou 571101, China）、Ya-Jie Wang（Key Laboratory of Biology and Genetic Resources of Tropical Crops, Ministry of Agriculture, Key Laboratory for Biology and Genetic Resources of Tropical Crops of Hainan Province, Institute of Tropical Bioscience and Biotechnology, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Haikou 571101, China; School of Tropical Agriculture and Forestry, Hainan University, Haikou 570228, China）、Meng-Ting Geng（School of Tropical Agriculture and Forestry, Hainan University, Haikou 570228, 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）：Yu-Qiang Guo, Xiao-Hua Lu, Yi-Heng Wang, et al. Characterization of the MeWRKY12–MeSSIV Regulatory Module and MeWRKY12 Promoter Activity in Cassava. Genes（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-10-09. DOI: 10.3390/genes17101243. 原著ライセンス：CC BY.