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イネの茎の成長過程におけるジベレリン酸応答の拮抗的制御
Antagonistic regulation of the gibberellic acid response during stem growth in rice.
PMID: 32669710 DOI: 10.1038/s41586-020-2501-8.
抄録
植物の大きさは茎の成長によって大きく決まる。茎の伸長はジベレリン酸によって刺激される。ここでは、イネの節間茎伸長は、ジベレリン酸と協調して「促進剤」と「減速剤」によって拮抗的に制御されていることを示している。我々がACCELERATOR OF INTERNODE ELONGATION1（ACCELERATOR OF INTERNODE ELONGATION1）と命名した遺伝子の発現は、機能未知のタンパク質をコードするもので、ジベレリン酸の存在下では、ジベレリン酸の存在下で、間節間茎伸長を導く細胞分裂の能力を、イネの間節間胚葉領域の細胞に付与する。一方、ジンクフィンガー転写因子をコードするDECELERATOR OF INTERNODE ELONGATION1（DEC1）のアップレギュレーションは間節伸長を抑制するが、DEC1のダウンレギュレーションは間節伸長を可能にする。また、ACE1とDEC1が介在する間節伸長のメカニズムは、グラミネア科で保存されていることを示した。さらに、遺伝的多様性の解析から、ACE1とDEC1の突然変異は、歴史的にイネの家畜化個体群では、宿根抵抗性を高めるために背の低い植物が選択され、野生種のイネでは、深海での成長に適応するために背の高い植物が選択されてきたことが示唆された。これらの拮抗的な調節因子を同定したことにより、ジベレリン酸応答は、生合成やジベレリン酸シグナル伝達以外にも、節間伸長や環境適応を調節する新たなメカニズムとしての理解を深めることができた。
The size of plants is largely determined by growth of the stem. Stem elongation is stimulated by gibberellic acid. Here we show that internode stem elongation in rice is regulated antagonistically by an 'accelerator' and a 'decelerator' in concert with gibberellic acid. Expression of a gene we name ACCELERATOR OF INTERNODE ELONGATION 1 (ACE1), which encodes a protein of unknown function, confers cells of the intercalary meristematic region with the competence for cell division, leading to internode elongation in the presence of gibberellic acid. By contrast, upregulation of DECELERATOR OF INTERNODE ELONGATION 1 (DEC1), which encodes a zinc-finger transcription factor, suppresses internode elongation, whereas downregulation of DEC1 allows internode elongation. We also show that the mechanism of internode elongation that is mediated by ACE1 and DEC1 is conserved in the Gramineae family. Furthermore, an analysis of genetic diversity suggests that mutations in ACE1 and DEC1 have historically contributed to the selection of shorter plants in domesticated populations of rice to increase their resistance to lodging, and of taller plants in wild species of rice for adaptation to growth in deep water. Our identification of these antagonistic regulatory factors enhances our understanding of the gibberellic acid response as an additional mechanism that regulates internode elongation and environmental fitness, beyond biosynthesis and gibberellic acid signal transduction.