広報活動

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2013年6月15日

独立行政法人理化学研究所
国立大学法人東京大学

植物の高い再生能力にはmRNAの制御機構が重要

-植物細胞の分化・増殖制御の理解から植物バイオテクノロジーの向上へ-

RID1機能が必要とされる植物の発生過程のまとめ図
RID1機能が必要とされる植物の発生過程のまとめ
rid1変異体で異常となる過程を赤字で示す。RID1機能はこれらの発生過程で特に必要とされる。写真は野生型とrid1-1変異体の12日目の幼植物体の様子。変異体は新しい葉が形成されない(左)、また側根は形態が異常になりこぶ状になる(右)

植物の一部を切り取って培養すると、植物細胞は再び根や茎に分化して1つの植物体として再生できます。このように1つの細胞が体を形成するさまざまな細胞全てに分化できる能力のことを「分化全能性」といい、どの植物細胞にも備わっています。古くから農業や園芸分野で、組織培養や挿し木による優良な苗のクローン増殖にこの能力が利用されています。分化全能性は動物も持っているのですが、胚発生の段階までで失われてしまいます。ですから再生能力の高さは植物の大きな特徴といえます。ただ、この能力の高さについて、どのような分子メカニズムが働いているのか、また植物の正常な発生制御とどう関連しているのかは不明のままでした。

研究グループは、モデル植物のシロイヌナズナを用いて、このメカニズムの解明に取り組みました。分化した細胞がその特徴を失って分化する前に戻る「脱分化」と「器官再生」が正常に起きないシロイヌナズナの変異体に着目し、詳細に調べました。その結果、「pre-mRNAスプライシング」と呼ばれるRNAの制御機構が重要な働きをしていることを明らかにしました。pre-mRNAスプライシングとは、必要な遺伝子領域のうちタンパク質配列を指定しない領域(イントロン)を除去する機構です。

研究グループは、RNAの絡みをほどく酵素RNAヘリカーゼの一種「RID1」を見出すことに成功し、RID1が細胞核内にある核小体という呼ばれる領域に存在する新しいpre-mRNAスプライシングの制御因子であることを発見しました。さらにRID1の機能不全は、細胞分化や増殖を阻害するだけでなく、成長や発生に重要な分裂組織の正常な確率・維持や、側根や配偶体の形成などの過程も阻害することも分かりました。これにより、植物に特徴的な高い再生能力にはpre-mRNAスプライシング制御が関わっていることが示されました。また、RID1機能は植物の発生の過程でも必要とされることから、脱分化や器官再生など二次的な細胞分化・増殖の過程と発生過程は、共通の分子基盤によることも分かりました。

この成果は、組織培養の効率化につながり、植物バイオテクノロジーの技術向上が期待できます。

理化学研究所
環境資源科学研究センター バイオマス工学連携部門 セルロース生産研究チーム
チームリーダー 出村 拓 (でむら たく)
研究員 大谷 美沙都 (おおたに みさと)