形態機能学系の伊藤秀臣准教授らの研究グループは、植物が日長の変化に応答して成長を調節する過程に関わる新たな分子ネットワークを示しました。本研究は、博士課程のLin Yibinさんを筆頭著者とし、杭州師範大学のYijun Meng准教授との共同研究として実施されました。
植物は昼の長さ（光周期）の変化を感知し、胚軸（茎のもとになる部分）の伸長を調節して環境に適応します。しかし、光シグナルとRNA修飾、さらには細胞内の酸化還元状態（活性酸素：ROS）がどのように関連して植物の成長に関与するのかについては十分に理解されていませんでした。
本研究では、既報でペルオキシソームに局在することが知られているRHE1（REGULATOR OF ROS-MEDIATED HYPOCOTYL ELONGATION 1） に着目して解析を行いました。その結果、rhe1変異体では短日条件下において胚軸細胞の伸長が促進され、胚軸が長くなることを明らかにしました。また、葉ではROSの蓄積が増加することも確認されました。これらの結果は、RHE1、ROS恒常性および細胞伸長の間に関連があることを示しています。
さらに、RHE1の発現は光応答転写因子HY5による転写制御を受けることに加え、RHE1転写産物量はm⁶A RNAメチル化量と強い関連を示し、m⁶Aリーダータンパク質ECT2との関連も認められました。これらの結果は、RHE1が光応答とRNA修飾の双方に関わる分子であることを示しています。一方で、m⁶AがRHE1 mRNAの安定性を直接制御することについては、今後さらなる検証が必要です。
発表のポイント
- シロイヌナズナにおいて、短日条件下での胚軸伸長に関与する新規遺伝子RHE1の機能を明らかにしました。
- 既知のペルオキシソーム局在タンパク質RHE1が、短日条件下で過剰な細胞伸長の抑制に関与することを示しました。
- RHE1の発現は光応答転写因子 HY5 による転写制御を受けることに加え、m⁶A RNAメチル化量およびm⁶Aリーダータンパク質ECT2との強い関連を見いだしました。
- 本研究は、光環境、RNA修飾、活性酸素恒常性に関わる新たな分子ネットワークを提示する成果であり、植物の環境応答機構の理解の深化に貢献することが期待されます。
研究の背景
植物は光環境や温度などの環境変化に応じて成長を柔軟に変化させます。特に短日条件では胚軸の伸長が促進されますが、その分子機構には未解明な点が多く残されていました。
一方、近年、RNAに生じるm⁶A（N⁶-メチルアデノシン）修飾が植物の成長や環境ストレス応答に重要な役割を果たすことが明らかになりつつあります。しかし、光応答とRNA修飾との関係や、それらが植物の成長制御とどのように関連するかについては十分に理解されていませんでした。
研究成果
研究グループは、公開RNA-seqデータとm⁶A-seqデータの解析に加え、分子生物学的解析を組み合わせることで、RHE1転写産物量とm⁶A RNAメチル化量との間に強い関連があることを見いだしました。短日条件ではRHE1の発現量とm⁶A修飾量はいずれも低下し、熱ストレスではいずれも増加しました。
また、RHE1変異体では短日条件下において胚軸細胞の伸長が促進され、野生型より胚軸が長くなることが確認されました。
一方、葉を用いた解析では、rhe1変異体でROSの蓄積が増加しました。このことから、RHE1はROS恒常性と細胞伸長の双方に関連している可能性が示されました。ただし、本研究でROSを測定したのは葉であり、葉におけるROS蓄積と胚軸伸長との直接的な因果関係については今後の検証が必要です。
さらに、既報のChIP-seqデータの解析から、HY5がRHE1プロモーター上のG-box配列に結合することが支持されました。また、公開データの解析からECT2とRHE1との関連も示され、RHE1が光応答とRNA修飾の双方に関わる分子であることが示されました。
今後への期待
本研究は、短日条件における植物の成長制御に関わる新たな分子ネットワークを提示するものです。
特に、光応答、RNA修飾、ROS恒常性との関連を示したことにより、植物の環境応答機構の理解がさらに深まることが期待されます。
今後は、m⁶A RNAメチル化がRHE1の発現をどのように制御しているのか、またRHE1とROS恒常性、細胞伸長との機能的な関係を明らかにすることで、植物の環境適応機構の理解がさらに進展すると期待されます。
論文情報
論文名：RHE1 is associated with short-day-induced hypocotyl elongation, peroxisomal ROS homeostasis, and m⁶A-dependent RNA stability in Arabidopsis
著者：Yibin Lin, Yijun Meng, Hidetaka Ito
掲載誌：Plant and Cell Physiology
DOI: https://doi.org/10.1093/pcp/pcag105
