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本研究では、OsACTPK1に着目して、主要作物かつ好アンモニウム性のイネの根でのアンモニウムの吸収・同化調節に関わる分子実体の解明を目指し、それらの高CO2環境下でのイネの生育と炭素(C)/窒素(N)栄養バランス統御への寄与を評価した。
(1) イネ根でのアンモニウム吸収・同化におけるOsACTPK1の生理機能
OsACTPK1遺伝子破壊(OsACTPK1-KO)イネの解析から、充足濃度アンモニウム供給したイネ根において、OsACTPK1が、アンモニウム吸収・初期同化の制御に関わることが示唆された。OsACTPK1遺伝子自己プロモーター-cDNA-レポーター(sGFPまたはGUS)キメラ遺伝子導入日本晴を、播種後より充足濃度アンモニウムで10日間日毎処理した。GUS活性を指標としたOsACTPK1遺伝子のアンモニウムに応答したプロモーター活性は、根の先端部分及び伸長帯と成熟帯で認められた。OsACTPK1-sGFPは、根の先端部分及び伸長帯と成熟帯の表皮・外皮細胞のサイトゾルで主に観察された。イネ根のOsACTPK1の蓄積細胞群は、アンモニウム吸収・初期同化を担う鍵タンパク質・酵素が主に機能する細胞群と一致し、上記のOsACTPK1の生理機能が強く支持された。
(2) 高CO2環境下でのイネの生育とC/Nバランス統御へのOsACTPK1の寄与
通常大気CO2と高CO2下で、過剰濃度アンモニウムを供給したOsACTPK1-KOイネと対照系統の幼植物の表現形を再解析した。OsACTPK1-KOイネでは、高CO2下・過剰アンモニウム供給により、地上部生育促進傾向がみられ、OsACTPK1が、高CO2環境下の主要穀物イネの生産に重要な因子となりえると考える。OsACTPK1が担うC/N情報伝達と窒素代謝の制御機能の解明は、高CO2環境下植物栽培での効率的増産の分子基盤と期待される。
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