旭硝子財団 助成研究成果報告（2023）植物の成長を担う分子機構の理解を目指す研究は従来から遺伝学を中心に展開してきたが，類似遺伝子の機能冗長性のために通常の遺伝学的手法では見つけにくい現象を新たに発見するには従来とは異なる手法を導入する必要がある．そこで，化合物スクリーニングにより新たな現象を発見する試みを行ったところ，「植物の組織秩序を保ったまま細胞サイズと個体サイズを巨大化させる」というユニークな作用を持つ新規化合物の同定に成功した．本助成研究ではこの化合物が作動さる仕組みを詳細に解析した．その結果，この化合物を添加すると，植物ホルモンの1つであるエチレンに通常では反応しない部位で異所的なエチレン応答が生じ，その結果として成長が促進することがわかった．すなわち，植物には，エチレンに通常では反応できない部位にエチレン応答能を与えることで成長を促進させる仕組みがそもそも備わっており，この仕組みを今回の化合物が作動させたと考えられる．さらに解析を進めたところ，この異所的なエチレン応答能付与機構に基づく成長促進現象は，植物が冠水して低酸素状態に陥った際に発動する現象であることも見えてきた．Molecular mechanisms that promote plant growth have been revealed mainly by genetic approaches. However, because of genetic redundancy, it is expected that not-yet-revealed mechanisms can be discovered through ap-proaches different from genetic ones. Previously we identified a small compound that promotes elongation growth by enhancing cell enlargement without disturbing the proper tissue order. In this study, we found that this compound promotes plant growth by conferring ectopic ethylene responsiveness to cell types that do not normally respond to ethylene. By elucidating the mode of action of this compound, we also found that this nov-el growth-promoting mechanism is activated when plants are submerged and exposed to a hypoxic situation.雄原細胞は，被子植物の雄性配偶子である精細胞の前駆細胞であり，その分化機構の研究は花粉稔性の制御ひいては新しい農業・育種技術の開発につながる．本研究では，雄原細胞の分化運命決定を担う転写因子BONOBO (BNB)は，別の転写因子LRL/DROPとのヘテロ二量体形成により活性化すること，シロイヌナズナの根における誘導的過剰発現により異所的に生殖特異的遺伝子を活性化できることを示した．また，植物細胞におけるタンパク質間相互作用を標的とする化合物のスクリーニング系を構築した．これにより，BNBの関わる分子機構ひいては花粉稔性を標的とした阻害剤の探索が可能となった．Generative cell (GC) is a sperm cell precursor of flowering plants. The molecular mechanisms of GC differ-entiation may give us hints for artificial regulation of pollen fertility and new technology of agriculture and breeding. Here, we show that BONOBO (BNB), a transcription factor that determines GC fate, requires het-erodimer formation with the transcription factor LRL/DROP for its activity. Induction of BNB overexpres-sion in Arabidopsis roots led to ectopic expression of reproduction-specific genes. We have also developed a screening system of chemicals that target protein-protein interactions in plants, which allows us to search in-hibitors of BNB-dependent molecular mechanisms and pollen fertility.38打田 直行28Naoyuki UCHIDA山岡 尚平29Shohei YAMAOKA植物組織の秩序を保ったまま細胞サイズと個体サイズを巨大化する新規化合物の研究（2021採択）Research on a small compound that enlarges the size of plant tissues and cells(Project 2021)雄原細胞分化機構の研究および花粉稔性制御化合物の開発（2021採択）Molecular mechanism of generative cell differentiation and the search for pollen fertility control chemicals(Project 2021)
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