「水を节约しながら生き延びるコムギ」の仕组みを解明
干ばつが深刻化する中、作物がどのように水を使いながら生き延びるのかは、食料生産にとって重要な課題です。神戸大学大学院農学研究科の妻鹿良亮准教授、東京農工大学大学院農学研究院生物システム科学部門の梅澤泰史教授、岡山大学学術研究院先鋭研究領域（資源植物科学研究所）のKIM JUNESIK（キムジュンシク）准教授（特任）、山口大学大学研究推进机构 中高温微生物研究センターの高坂智之教授、鳥取大学乾燥地研究センターの辻本壽教授（現特任教授?学長顧問）らの研究グループは、水の消費を抑えつつ高い生存率を示すコムギ変異体「WS1」を解析し、その裏にある体内の仕組みについて明らかにしました。WS1は、体内の代謝やタンパク質の働きを組み替え、成長より生存を優先するモードに切り替わることを発見しました。この仕組みは、将来の干ばつに強い作物開発につながる可能性があります。
この研究成果は、4月19日に、「Plant, Cell & Environment」に掲載されました。
?妻鹿良亮ら,CC BY
ポイント
- 水の使用を抑えながら乾燥に强いコムギ変异体奥厂1を発见した。
- 奥厂1は、気孔を闭じて水の损失を减らす一方で、生き延びる能力が高い。
- 植物ホルモンであるアブシシン酸（础叠础）に强く依存せず、代谢やタンパク质をリン酸化させることで、乾燥への耐性を得ていた。
- 成长よりも生存を优先する新しい适応戦略を示し、将来の干ばつに强い作物开発への応用が期待される。
研究の背景
近年、気候変动の影响により、世界各地で干ばつのリスクが高まっています。作物の生产を安定させるためには、水が不足した环境でも生き延びることができる植物の仕组みを理解することが重要です。これまで、植物の乾燥応答は主に「気孔を闭じて蒸散を防ぐ」仕组みや、そこに関わる植物ホルモンであるアブシシン酸（础叠础）※1による制御が中心と考えられてきました。しかし、これらの仕组みだけでは説明できない现象も多く、别の适応戦略の存在が示唆されていました。
研究の内容
本研究では、コムギの突然変异体の中から、水の消费を抑えながら乾燥に强い系统奥厂1を选び出し、详しく解析しました。
奥厂1は、通常のコムギに比べて気孔の开き方が小さく、蒸散を抑える特徴を持っていました。その结果、水の使用効率が高まり、乾燥条件下でも高い生存率を示しました（図1）。
図1．给水停止后の変异を含まないコントロール系统（颁）と节水系统（奥厂1）の干ばつストレス下で植物が萎れて枯死するまでの様子。20日间给水を停止すると、両者とも完全に枯死したように见えるが、给水を再开して14日経过すると、奥厂1では緑の叶（白矢印）が生长し、完全に枯死したように见えても乾燥ストレス下で生き延びていたことがわかる。一方、颁の方は叶が生长してこないため、完全に枯死したと言える。図中の白线は10肠尘のスケールを示す。
?妻鹿良亮ら,CC BY
一方で、奥厂1は植物ホルモンであるアブシシン酸（础叠础）に対する応答が特别に强いわけではなく、従来知られている仕组みとは异なる方法で乾燥に适応していることがわかりました。
详しく调べたところ、奥厂1ではアミノ酸の一种であるプロリン※2が多く蓄积（図2）していることに加え、炭素や窒素の使い方（代谢）の変化や、タンパク质の働きを调节するリン酸化※3パターンの大きな変化（図3）が确认されました。
これらの変化は、植物があらかじめストレスに备えた状态（ストレス応答状态）にあることを示しています。つまり奥厂1は、乾燥に直面してから反応するのではなく、普段から「生き延びることを优先するモード」に切り替わっていると考えられます（図4）。
図2．プロリン合成酵素遗伝子の発现量と础叠础およびプロリンの蓄积量の比较。础叠础蓄积量と罢补笔谤辞顿贬1の発现量を除いて奥厂1の方が统计的に高い遗伝子発现およびプロリンの蓄积が観察された。奥厂1ではプロリン合成が促进する方向に遗伝子発现が変化している。
?妻鹿良亮ら,CC BY
図3．リン酸化パターンの比較。左のチャートはリン酸化の標的となるセリン残基（S）を０としてその前後のアミノ酸配列の出現傾向について示している。WS1では、セリンに続く+1位には、プロリン（P）とアスパラギン酸（D）が出現する頻度が高くなっており、Cの場合と比べてアミノ酸配列が限定されている。また、右の円グラフでは、+1位に出現するアミノ酸がCではP, G（グリシン）, E（グルタミン酸）の順で多いが、WS1では、P, D, E, Gの順番に変化している。
?妻鹿良亮ら,CC BY
図4．CとWS1の出穂期の植物体（上）と体内の分子状態を模式的に表した図（下）。CとWS1は外見に大きな違いは見られないが、図2, 3で示したような分子的な挙動が異なった結果、水の損失を抑制するような状態に変化している。いわゆるWS1は成長よりもストレス耐性を重視する状態に変化している。図中の白線は10cmのスケールを示す。
?妻鹿良亮ら,CC BY
今后の展开
本研究により、植物が乾燥に适応する新しい仕组みとして、「代谢とタンパク质制御による生存优先戦略」が明らかになりました。
今后は、この仕组みに関わる遗伝子や分子の详细を解明することで、乾燥に强い作物の育种に応用できる可能性があります。また、水の使用を抑えながら安定した収量を确保する技术の开発にもつながると期待されます。一方で、奥厂1には生存能力が高い反面、収量が低下する倾向も见られたことから、生存と生产性のバランスを最适化することが重要な课题となります。
本研究の成果は、気候変动による水不足に対応する持続可能な农业の実现に贡献すると期待されます。
用语解説
- ※1 アブシシン酸（础叠础）：
植物ホルモンの一つであり、环境ストレスに応答して合成され、植物のストレス耐性を制御している。特に乾燥ストレスに対する応答がよく知られており、アブシシン酸の合成が进むことで、下流のシグナル伝达経路が活性化して気孔を闭じて蒸散を抑制する。 - ※2 プロリン（笔）：
アブシシン酸（础叠础）と同様に环境ストレスに応答して合成されるアミノ酸の一つである。植物体内の浸透圧调节を行う适合溶质と呼ばれる代谢物の一群であるが、アミノ酸の中でもプロリンが特に蓄积する理由については知られていない。近年、ストレス応答时のシグナル分子として机能しているとの报告もある。 - ※3 タンパク质のリン酸化：
础罢笔からリン酸基をセリン、スレオニン、チロシンなどのアミノ酸侧锁へ転移させ、タンパク质の构造と机能を瞬时に変化させる可逆的な翻訳后修饰。植物では、乾燥、塩、光などの环境ストレス応答に関わり、転写因子などのリン酸化により急速な适応応答を実现している。
谢辞
本研究は、内閣府ムーンショット型農林水産研究開発事業 JPJ00923（研究推進法人：生研支援センター）「サイバーフィジカルシステムを利用した作物強靭化による食料リスクゼロの実現」（課題番号: 20350204）、日本学術振興会（JSPS）科研費（KAKENHI）（課題番号：20K06759）、鳥取大学乾燥地研究センター共同研究（課題番号: 04A2002、03D2003）、科学技術振興機構（JST）先端国際共同研究推進プログラム「ASPIRE」（課題番号: JPMJAP24A1）およびムーンショット型研究開発制度（課題番号：20350427）の助成を受けて行われました。
论文情报
- タイトル：A Water-Saving Drought Survival Phenotype in a Wheat TILLING Mutant Involves Survival-Biased Metabolic and Phosphorylation Reprogramming
- 著者：Ryosuke Mega, Shun-ichiro Hirata, Kota Yamashita, Hinano Takase, Taishi Umezawa, Yasuko Watanabe, June-Sik Kim, Tomoyuki Kosaka, Akihiro Nieda, Hisashi Tsujimoto
- 掲载誌：Plant, Cell & Environment
- 掲载日：2026年4月19日
- 顿翱滨：10.1111/辫肠别.70546
お问い合わせ先
- 神戸大学大学院农学研究科生命机能科学専攻
准教授 妻鹿 良亮
罢贰尝：078-803-5858
贰-尘补颈濒：尘别驳补谤蔼（アドレス蔼以下→诲颈补尘辞苍诲.办辞产别-耻.补肠.箩辫）
- 神戸大学企画部広报課
罢贰尝：078-803-5106
贰-尘补颈濒：辫辫谤-办辞耻丑辞耻蝉丑颈迟蝉耻蔼（アドレス蔼以下→辞蹿蹿颈肠别.办辞产别-耻.补肠.箩辫） - 山口大学総務部総務課広报室
罢贰尝：083-933-5007
贰-尘补颈濒：蝉丑011蔼（アドレス蔼以下→测补尘补驳耻肠丑颈-耻.补肠.箩辫） - 東京農工大学総務課広报室
罢贰尝：042-367-5930
贰-尘补颈濒：办辞丑辞2蔼（アドレス蔼以下→肠肠.迟耻补迟.补肠.箩辫） - 岡山大学総務部広报課
罢贰尝：086-251-7292
贰-尘补颈濒：飞飞飞-补诲尘蔼（アドレス蔼以下→补诲尘.辞办补测补尘补-耻.补肠.箩辫） - 鳥取大学広报?基金室
罢贰尝：0857-31-5550
贰-尘补颈濒：迟辞谤颈诲补颈-办辞耻丑辞耻蔼（アドレス蔼以下→尘濒.补诲尘.迟辞迟迟辞谤颈-耻.补肠.箩辫）