穀物の耐熱性を高める鍵となる遺伝子を特定(Genes Key to Increasing Heat Tolerance of Grains)

2025-12-04 中国科学院(CAS)

中国の研究チームは、地球温暖化下で深刻化する高温ストレスに対処するため、イネの耐熱メカニズムを解明し、将来気候に適応した高耐熱品種開発に成功した。Cell誌に発表された研究では、野外で高温条件を再現した試験により、イネが熱を感知・応答する2つの主要因子DGK7(キナーゼ)とMdPDE1(リパーゼ)を特定。これらは細胞膜から核へと熱信号を伝える“警報システム”として働き、耐熱性を高める遺伝子発現を誘導する。DGK7単独、MdPDE1単独、あるいは両者を改変したイネでは、収量が従来より50~60%増、二重改変ではほぼ倍増した。高温下でも品質低下が抑えられ、通常条件での収量も維持された。研究成果はイネのみならず、小麦やトウモロコシなど主要穀物の耐熱育種にも資する重要な遺伝資源と理論基盤を提供し、食料安全保障強化に新たな道を開く。

<関連情報>

植物における熱感知の段階的な解読機構は脂質リモデリングと核シグナル伝達カスケードを結びつける A stepwise decoding mechanism for heat sensing in plants connects lipid remodeling to a nuclear signaling cascade

Yi Kan ∙ Xiao-Rui Mu ∙ Fangfang Qu, ∙ … ∙ Yixue Li ∙ Hong-Xuan Lin ∙ Youshun Lin

Cell  Published:December 2, 2025

DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.11.003

Graphical abstract

穀物の耐熱性を高める鍵となる遺伝子を特定(Genes Key to Increasing Heat Tolerance of Grains)

Highlights

  • DGK7 converts physical heat signals into PA lipid signaling as the first step
  • G protein TT2 suppresses PA production by inhibiting DGK7 phosphorylation at Ser477
  • MdPDE1 senses PA, moves to the nucleus, and hydrolyzes cAMP for biological heat responses
  • Molecular design of the TT2-DGK7-MdPDE1 module enables customized heat-tolerant crops

Summary

Heat stress triggers cell membrane lipid remodeling, yet whether this signals plants to perceive high temperatures and how such physical signals are decoded into biological signals remains unclear. Here, we demonstrate that diacylglycerol kinase 7 (DGK7) responds to heat stress at the plasma membrane, converting diacylglycerol into the second messenger, phosphatidic acid (PA). Subsequently, metal-dependent phosphodiesterase (MdPDE1) senses PA, acquires its activity by binding to PA, and translocates to the nucleus to degrade another second messenger, cyclic adenosine monophosphate (cAMP). MdPDE1 then elicits transcriptional landscape changes via altering cAMP signaling. Furthermore, G protein subunit thermotolerance 2 (TT2) inhibits DGK7 activity by Ser477 dephosphorylation, blocking MdPDE1 activity and nuclear translocation. Notably, field trials demonstrated the promising applications of this mechanism that confers varying degrees of rice thermotolerance as needed. This study establishes a complete hierarchical thermo-decoding mechanism that opens opportunities for creating customized heat-tolerant crops, aiding in mitigating yield losses from global warming.

1202農芸化学
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました