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2025-10-29 10:07:00
中国の科学者チームは、窒素肥料の使用量を減らしながら作物がより多くの穀物を栽培できるようにする、イネのDNAに隠された3D構造を発見した。中国科学院（CAS）の研究者らによって10月29日に『Nature Genetics』誌に発表されたこの研究結果は、より高い収量とより持続可能な農業に向けて次の「緑の革命」を導く可能性がある。
この研究は、DNAのループ部分、「クロマチンループ」が、稲が実を結ぶ枝を形成する方法を制御するRCN2と呼ばれる遺伝子の活性を制御していることを明らかにした。このループを調整すると、通常は相反する 2 つの特性である収量と窒素利用効率 (NUE) の両方が向上しました。
チームを率いたCASの遺伝発生生物学研究所のFU Xiangdong教授によると、作物の収量を増やすには、植物内の「ソース」と「シンク」の両方を強化するかどうかにかかっています。ソースとは、光合成によって糖を生成および放出する葉などの組織を指しますが、シンクには、それらの糖を貯蔵または消費する成長部分（穀物、穂、若葉、茎、根、果実）が含まれます。このシステムの両面を同時に改善することは、収量と NUE を向上させるために不可欠です。
この調整がどのように起こるかを明らかにするために、研究者らは、qINCA2と呼ばれる主要な遺伝子領域、または量的形質遺伝子座を特定した。この遺伝子座は、生産性の 3 つの核となる形質である光合成、窒素同化、穀粒数に影響を与えます。この領域内で、研究者らは、RCN2として知られる遺伝子の8,765塩基対上流に位置する一塩基多型（SNP）を特定した。RCN2は、イネが穀粒を含む枝、つまり花序をどのように形成するかに重要な役割を果たしている。
この小さな DNA 変化により、RCN2 活性が劇的に増加しました。その後、RCN2 タンパク質は、他の 2 つの分子、OsSPL14 と DELLA がどのように相互作用するかを変化させました。 RCN2は、それらの結合を緩めることにより、OsSPL14転写因子を効果的に解放し、炭素窒素代謝と穂の発達に関与する遺伝子のスイッチをオンにしました。この連鎖反応により、イネはより多くの穀物を生産し、窒素をより効率的に利用できるようになりました。この 2 つの目標は通常、互いにトレードオフになります。
次にチームは、より深い質問に目を向けました。SNP はどのようにして遺伝子発現にこれほど強い影響を引き起こすのでしょうか?彼らの調査により、SNPを含む領域には、動物ではDNAが密に詰まった形であるクロマチンに3Dループを固定することが知られている、一連のタンデムDNAリピート（CCCTCモチーフ）も含まれていることが明らかになった。哺乳類では、このようなループはCTCFと呼ばれるタンパク質によって制御されているが、植物に相当するものはこれまで確認されていなかった。
FU のグループは、OsYY1 がこのように作用する最初の植物タンパク質であることを特定しました。 OsYY1 は、RCN2 付近の CCCTC に富む DNA 配列に結合し、クロマチン ループの突出を促進し、ゲノムの三次元構造を再形成します。このループ機構は、離れた制御要素をそのプロモーター領域に接触させることによって、RCN2 がオンになるかオフになるかを決定します。
これらの調節 DNA 配列を正確に編集することで、研究者らは RCN2 部位でのクロマチン ループを微調整することができました。その結果、ソース組織から成長中の穀物（シンク）への炭素化合物の流れが強化され、低窒素条件下でも収穫指数（HI）が向上し、収量が増加し、NUEが強力になりました。
この発見は、作物改良のための新しいメカニズムとしてクロマチンループの押し出しを導入します。それはコメに対する直接的な影響を超えて、より少ない環境コストで増加する世界人口に食糧を供給するのに役立つ次世代の育種戦略への扉を開きます。
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