開花期を制御するためにイネが持つ正確な日長認識機構の解明

• 担当機関: （独）農業生物資源研究所
• 研究期間: 2007～2011
• 研究担当者: 井澤 毅; 伊藤博紀; 矢野昌裕; 野々上慈徳
• 発行年度: 2010
• 要約: イネは、季節変化にともなうわずか30分の日の長さ（日長）の違いを認識する精度で、開花期（出穂期）制御に必須な開花誘導ホルモンであるフロリゲン遺伝子の発現を制御できることを明らかとした。この日長認識は、体内時計が開花を促進する働きをもつ遺伝子と開花を抑制する働きをもつ遺伝子を日長に応じて使い分けることにより可能となる。
• キーワード: イネ、出穂期制御、フロリゲン、体内時計、遺伝子発現
• 背景・ねらい: 作物の開花期が早いか遅いかは、収量性に大きな影響を与える農業形質のひとつである。イネをはじめとする短日植物では、日長が短くなると開花が誘導されるが、日長がわずかに長くなると著しく開花が抑制されることが知られている。本研究では、開花誘導ホルモンとして働くフロリゲン遺伝子の発現を指標に、イネが日長の違いを認識する精度を評価すると共に、その日長認識機構における主要遺伝子の役割の解明を進めた。

成果の内容・特徴

1. 開花を誘導する短日条件下で誘導されるイネのフロリゲン遺伝子（Hd3a）の発現は、13時間日長では夜明け後に高く観察されるのに対して、わずか30分だけ日長が長い13.5時間日長では急激に減少することを発見した。また、Hd3aの発現を誘導する開花促進遺伝子Ehd1も13.5時間日長ではほとんど発現していなかった（図1）。
2. 朝に観察されるEhd1遺伝子の発現は、青色光により誘導されることを見出した。このEhd1遺伝子発現の青色光に対する光応答性は、1日の中で一様ではなく、体内時計の制御を受けて、日長条件に関わらず、朝方の青色光により最も強く誘導されることを明らかにした。
3. 開花抑制遺伝子Ghd7が、赤色光の主たる光受容体であるフィトクロムを介して誘導されることを見出した。Ghd7の発現も、体内時計の制御を受け、長日条件では朝に、短日条件では夜中に与えた赤色光により強く誘導される光応答性を示した。つまり、開花促進遺伝子Ehd1が光で誘導される時間帯は日長で変化しないのに対し、開花抑制遺伝子Ghd7では日長により大きく変わることを示している。
4. 光中断実験により、短日条件の真夜中に与えた赤色光が、その後の青色光依存的なEhd1遺伝子の発現を強く抑制することを明らかにした（図2）。また、Ghd7遺伝子欠損イネでは、日長に関わらず、Ehd1の発現の脱抑制が起きていた。
5. 体内時計が開花促進遺伝子Ehd1と開花抑制遺伝子Ghd7の光応答性を制御することにより、日長に応じて開花促進と開花抑制を行い、厳密な日長認識を可能にするモデルを提案した（図3）。

成果の活用面・留意点

1. 本研究で得られた知見を基に、イネの体内時計を人為的に調節することにより、品種の食味や収量、成長特性を損なうことなく、出穂期だけを変化させることができるようになると期待される。
2. 正確に時間を認識する転写制御の機構解明は、目的の遺伝子を決まった時間に働かせるという技術開発につながる成果である。
3. これまでの研究から、イネにはEhd1やGhd7に加えて、開花を制御する別の遺伝子が存在することがわかっている。従って、他の開花制御遺伝子の働きがGhd7とEhd1を介した日長認識とどのような関係にあるのかを明らかにすることが課題である。

• カテゴリ: 品種 良食味