名古屋大学の木下俊則教授らの研究グループは、南京農業大学(中国)のヂゥー・イーヨン教授らとともに、イネの1つの遺伝子を増加させることで、根における養分吸収と気孔開口を同時に高める技術を開発し、野外水田でのイネの収量を30%以上増加させることに成功した。食糧増産と二酸化炭素や肥料の削減が期待される。

 植物は表面に気孔と呼ばれる孔(あな)を持ち、この気孔は一対の孔辺細胞により構成され、太陽光下で開口して光合成に必要な二酸化炭素を取り込む。もし気孔を大きく開かせ、同時に根からの養分吸収を促進し、光合成を高められれば、植物の成長や収量を大幅に増加させ、地球温暖化の原因となる二酸化炭素や環境汚染の原因となる肥料の削減が期待される。しかし、気孔開口と根の養分吸収とを同時に高める技術の報告はなされていない。

 研究グループはこれまで、根の養分吸収と気孔開口に、細胞膜プロトンポンプ(細胞内から外に水素イオンを輸送する一次輸送体)が重要な役割を果たすことを明らかにしてきた。そこで今回、1つの細胞膜プロトンポンプ遺伝子(OSA1)の発現を高めた過剰発現イネを作出したところ、根の窒素養分吸収が20%以上、光合成活性が25%以上高まった。また、4ヶ所の異なった野外の隔離水田圃場で2年間、収量評価試験を実施した結果、イネの収量が30%以上増加した。

 研究グループはこの技術を用いた植物を「ポンプ植物」と名付け、様々な有用植物での適用を進めていく予定だ。今後、ゲノム編集技術や化合物など、遺伝子組換え技術に頼らない方法での「ポンプ植物」の開発を進めることで、社会での実用化が大きく促進されるとしている。

論文情報:【Nature Communications】Plasma membrane H+-ATPase overexpression increases rice yield via simultaneous enhancement of nutrient uptake and photosynthesis

名古屋大学

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