国立大学法人東海国立大学機構 黑料网トランスフォーマティブ生命分子研究所（WPI-ITbM※）の木下 俊則 教授、大学院理学研究科のヂャン?マオシン 研究員、南京農業大学資源環境科学学院のヂゥー?イーヨン 教授らは、イネ注１）の１つの遗伝子（细胞膜プロトンポンプ注２））を増加させることで、根における养分吸収注３）と気孔注４）开口を同时に高める技术を开発し、野外水田でのイネの収量を30%以上増加させることに成功しました。
本研究グループによるこれまでの研究により、根における养分吸収と気孔开口において、细胞膜プロトンポンプが共通して重要な役割を果たすことが明らかとなってきました。そこで、１つの细胞膜プロトンポンプ遗伝子の発现を高めた过剰発现イネを作出したところ、根における窒素养分吸収が20％以上、光合成注５）活性が25％以上高まっており、４ヶ所の异なった野外の隔离水田圃场における収量评価试験においてイネの収量が30%以上増加することが明らかとなりました。本研究成果は、根における养分吸収と気孔开口を同时に高める画期的な技术であり、様々な実用作物での応用が期待されます。
本研究成果は、2021年2月2日（英国時間）に英国科学誌「Nature Communications」でオンライン公開されました。
本研究は、科学技術振興機構（JST）ALCA [JPMJAL1011]、科学研究費補助金?基盤研究(S) [20H05687]、学術変革領域研究(A) [20H05910]の支援のもとで行われたものです。
?细胞膜プロトンポンプの発现を高めたイネの过剰発现体において、根における养分吸収、気孔开口、光合成、成长が促进されることを世界で初めて証明した。
?４ヶ所の野外圃场において、イネの収量が30%以上増加することを明らかにした。
?植物の成长と収量を高める技术のブレークスルーであり、様々な実用作物での応用が期待される。
?地球温暖化の原因となっている二酸化炭素や环境汚染の原因となっている肥料の削减が期待される。
◆详细（プレスリリース本文）はこちら
注１）イネ
トウモロコシやコムギとともに世界叁大穀物の1つで、世界中の30亿人の主食となっており、人类の食粮の25%を占める。&苍产蝉辫;
注２）细胞膜プロトンポンプ
ＡＴＰをエネルギーとして、细胞の内侧から外侧に水素イオンを输送する一次输送体。细胞膜を介して形成される水素イオンの浓度勾配は、さまざまな物质を输送する二次输送体の駆动力として利用されている。根においては、窒素、リンやカリウムなどの无机养分の取り込みにおいて重要な役割を果たす。気孔孔辺细胞においては、青色光などの光により活性化され、カリウム取り込みの駆动力を形成し、気孔开口を引き起こすことが知られている。
注３）根における养分吸収
植物の必须元素は17种あり、そのうち炭素を除く16元素は、根において土壌から无机养分として取り込まれている。これら无机养分の吸収は、多くの场合は膜を介した电気化学ポテンシャル勾配を利用して行われており、この勾配は、细胞膜プロトンポンプにより形成されている。
注４）気孔
植物の表皮に存在し、一対の孔辺细胞から形成される孔で、植物は気孔を通して大気とのガス交换をおこなっている。孔辺细胞はさまざまな环境シグナルに応答して体积を変化させ、気孔开度を调节している。光による気孔开口では细胞膜プロトンポンプの活性化が必须となっている。
注５）光合成
植物の叶緑体や光合成色素をもつ生物で行われる化学反応で、二酸化炭素、水、光エネルギーを利用して、炭素化合物と酸素を生み出す。地球上のほぼすべての动物は、植物の光合成により作り出される炭素化合物をエネルギー源として生きている。
雑誌名：Nature Communications
論文タイトル：Plasma membrane H+-ATPase overexpression increases rice yield via simultaneous enhancement of nutrient uptake and photosynthesis（細胞膜プロトンポンプの過剰発現は養分吸収と光合成を同時に促進することでイネの収量を増加させる）
著者：Maoxing Zhang（本学研究員）, Yin Wang（本学元教員）, Xi Chen, Feiyun Xu, Ming Ding（本学学生）, Wenxiu Ye（本学元研究員）, Yuya Kawai（本学元学生）, Yosuke Toda（本学教員）, Yuki Hayashi（本学教員）, Takamasa Suzuki, Houqing Zeng, Liang Xiao, Xin Xiao, Jin Xu, Shiwei Guo, Feng Yan, Qirong Shen, Guohua Xu, *Toshinori Kinoshita（本学教員、責任著者）, *Yiyong Zhu（責任著者）
ＤＯＩ：
※【WPI-ITbMについて】 (http://www.itbm.nagoya-u.ac.jp/)
黑料网トランスフォーマティブ生命分子研究所（滨罢产惭）は、2012年に文部科学省の世界トップレベル拠点プログラム（奥笔滨）の１つとして採択されました。黑料网の强みであった合成化学、动植物科学、理论科学を融合させ、新たな学问领域である植物ケミカルバイオロジー研究、化学时间生物学（ケミカルクロノバイオロジー）研究、化学駆动型ライブイメージング研究の３つのフラッグシップ研究を进めています。滨罢产惭では、精緻にデザインされた机能をもつ分子（化合物）を用いて、これまで明らかにされていなかった生命机能の解明を目指すと共に、化学者と生物学者が隣り合わせで研究し、融合研究を行うミックス?ラボという体制をとっています。「ミックス」をキーワードに、化学と生物学の融合领域に新たな研究分野を创出し、トランスフォーマティブ分子の発见と开発を通じて、社会が直面する环境问题、食料问题、医疗技术の発展といった様々な课题に取り组んでいます。
