植物の栄養環境応答の新しいしくみを発見
国立大学法人熊本大学
～植物の窒素利用効率の向上と生長促進への応用に期待～
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（ポイント）
・高窒素環境下で植物の根の生長を抑制する新たなメカニズムと制御因子を発見しました。
・高窒素環境に置かれた植物では、アミノ酸の一つであるグルタミン酸がシグナル分子として地上部から根に輸送され、このたび同定されたペプチド LOHN1 の作用を介して側根の形成を抑制することが明らかになりました。
・LOHN1遺伝子は陸上植物に広く保存されており、本研究成果は農地における作物の窒素利用効率の向上や生長促進への応用が期待されます。
【概要】
植物は土壌中の窒素濃度に応じて根の構造を大きく変化させます。窒素が豊富な環境では「窒素が十分に存在する」と判断し、不要なエネルギー消費を避けるために根の生長を抑制することが知られていましたが、その詳細なメカニズムはこれまで不明でした。
このたび、九州大学大学院理学研究院の楠見健介 講師、伊藤和洋 大学院生(研究当時)、園田智也 大学院生らの研究グループは、神戸大学大学院理学研究科の深城英弘 教授、九州工業大学大学院情報工学研究院の花田耕介 教授、中部大学応用生物学部の鈴木孝征 教授、熊本大学大学院先端科学研究部の檜垣匠 教授らの研究グループとの共同研究により、モデル植物のシロイヌナズナ(※1)を用いて、高窒素環境で根の生長抑制に働くペプチドLOHN1と、LOHN1が関わるこれまで未解明の高窒素情報シグナル伝達のしくみを明らかにしました。
LOHN1遺伝子の発現を改変した植物を解析した結果、植物が高窒素環境に置かれると窒素代謝が促進され、その結果アミノ酸の一種であるグルタミン酸が地上部から篩管を通じて根の先端部へと運ばれ、そこでLOHN1遺伝子の発現を誘導することが分かりました。さらに、発現したLOHN1ペプチドは篩管細胞から根の表層に移動し、側根(※2)の密度を抑制制御することが明らかになりました。
本研究で得られた知見は、他の多くの植物種にも応用可能であり、作物の窒素利用効率の向上や、施肥に対応して根の生長を人為的に制御することが可能になることが期待されます。
本研究成果は、2025年10月25日午前0時(日本時間)に、米国の科学誌「Current Biology」オンライン速報版に掲載されました。
【波及効果】
LOHN1遺伝子を欠失した植物では、高窒素環境下でも根の生長抑制が起こらず、地上部を含む植物全体の生長が促進されます。近年、農地における窒素肥料の過剰施用や窒素利用効率の低さが問題視されていますが、本研究成果はこれらの課題の改善に貢献することが期待できます。また、LOHN1遺伝子はコケ植物を含む陸上植物に広く分布しており、その構造も高い保存性を示しています。このことから、本研究で明らかになった高窒素応答メカニズムは、植物が環境に適応するために用いる普遍的な仕組みであると考えられます。本研究で得られた知見は、他の植物種にも適用可能であり、さまざまな作物への応用が期待されます。
【用語解説】
(※1) シロイヌナズナ
アブラナ科に属する小型の一年生植物。 学名はArabidopsis thaliana。2000年に全ゲノム配列が解読された。世代交代が早い、小型で栽培が容易、 ゲノムサイズが小さく遺伝解析がやりやすい、遺伝子操作が容易などの理由から、モデル植物として幅広く植物研究の材料として利用されている。
(※2) 側根
既にある根(主根や種子根など)から分岐して生じる根。
（論文情報）
掲載誌：Current Biology
タイトル：Arabidopsis LOHN1 peptide modulates lateral root spacing under the control of systemic nitrogen-satiety signaling
著者名：Kazuhiro Ito1, Tomoya Sonoda1, Yuki Hisanaga1, Kentaro P. Iwata2, Chieko Goto2, 3, Kazumasa Shirai4, Mana Goto1, Ayu Yamamoto1, Atsushi Mabuchi1, Takumi Higaki5, Boseok Song1, Juntaro Negi1, Takamasa Suzuki6, Hidehiro Fukaki2, Kousuke Hanada4, Koh Iba1, Kensuke Kusumi1
所属: 1. 九州大学、 2. 神戸大学、3. 大阪大学、4. 九州工業大学、5. 熊本大学、6. 中部大学
DOI：10.1016/j.cub.2025.09.060
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