中国のご飯をいっぱいにしてください！中国の科学者が重要な発見をした

「高収量」と「早熟」は、伝統的な農業生産においては矛盾した言葉です。

なぜなら、高収量を達成するための前提条件は、一定のバイオマスを持つことであり、一定のバイオマスには一定の成長サイクルがなければならないからです。成長サイクルが短いほど、バイオマスは小さくなります。したがって、一般的な条件下では、高収量は生育期間と負の相関関係にあります。生育期間が短く成熟が早い作物は収穫量が少なく、生育期間が長い作物は収穫量が高くなります。

2022年7月、中国の科学者たちは、この矛盾を打破する高収量イネ遺伝子OsDREB1Cを発見した研究を国際学術誌「サイエンス」に発表した。では、なぜ OsDREB1C 遺伝子は「収穫量は多いが早熟ではない、早熟だが収穫量は多くない」という従来の農業生産の常識を打ち破り、稲の収穫量増加と早熟化の両方を実現できるのでしょうか。

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米の収穫量に影響を与える要因

OsDREB1C 遺伝子がどのようにして米の高収量を可能にするのかという秘密を解明するには、まず米の収量に影響を与える要因を理解する必要があります。

米の収穫の物質源は主に光合成産物であり、葉のクロロフィルを通して光エネルギーを吸収し、二酸化炭素と水を有機物に合成し、それを植物の他の部分に運びます。植物成長の初期段階である栄養成長段階では、光合成産物が主に植物の成長に必要なタンパク質とエネルギーを供給します。開花後、植物は生殖成長段階に入り、葉で合成され茎に蓄えられた光合成産物が穀物に運ばれます。

したがって、収量の形成は、光合成によって合成された有機物と切り離すことができず、一連の輸送を経て最終的に穀物に蓄えられます。

画像出典：著者提供

作物の収穫量には、光合成産物の合成、輸送、分配、貯蔵に影響を及ぼすさまざまな要因が関係します。したがって、これらのプロセスに影響を与えるさまざまな要因が、生産に変化を引き起こす可能性があります。新たに発見されたイネの高収量遺伝子OsDREB1Cは、光合成産物の合成などの因子に影響を与え、光合成効率と窒素利用効率を向上させ、イネの収量を大幅に増加させることができます。

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米の収穫量を増やす方法

窒素は植物にとって不可欠であり、光合成と密接な関係があり、光合成の効率に影響を与えます。同時に、窒素はタンパク質の主成分であり、茎や葉の成長に重要な役割を果たします。

土壌に十分な窒素肥料がない場合、または植物が十分な窒素を吸収しない場合、光合成と成長のあらゆる面で影響が出ます。 OsDREB1C遺伝子は、土壌中の微量の窒素でも最大限に活用できる窒素効率遺伝子です。

また、窒素の利用効率が高くないと、窒素肥料を大量に使用しても無駄になりやすく、農家の作付けコストが増加するだけでなく、環境汚染も引き起こすことになります。育種家たちは、「収穫量を減らさずに窒素を減らす」ことを目指して、窒素効率の良い遺伝子の発見に取り組んでおり、それによって農家の栽培コストを削減し、「環境に優しい」高収量米の実現を保証しています。

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稲の早熟を実現する方法

稲の生殖成長期には、穂ばらみ期、出穂・開花期、籾の充実・結実期が含まれます。

出穂開花期とは、稲穂が上部剣葉茎鞘から出てきてから開花し穂揃いするまでの期間を指し、一般的に5～7日間です。イネの開花の早さや遅さは、フロリゲンを制御する遺伝子によって影響を受けます。フラオリゲンは開花を誘導する物質です。含有量が多いほど出穂や開花が早くなります。今回発見された遺伝子OsDREB1Cもフロリゲンを制御する遺伝子です。フロリゲン含有量を増加させ、稲の穂出しを早め、生育期間を短縮し、早熟に導くことで、「多収」と「早熟」の矛盾を打破し、稲の多収と早熟の両立を実現します。

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なぜイネの高収量遺伝子はそれほど強力なのでしょうか?

植物の特性は多くの遺伝子の相互作用によって形成されます。 1 つの特性には、システム経路のような遺伝子ラインナップがあります。

新たに発見された高収量イネ遺伝子OsDREB1Cは、いわば「分子スイッチ」のような転写因子です。この経路の頂点には、光合成、窒素の吸収と利用、開花を制御する遺伝子が多数あります。この遺伝子の発現レベルが上昇すると、遺伝子制御ネットワークを介して下流の光合成遺伝子、窒素吸収・有効利用遺伝子、出穂期に影響を与える遺伝子が活性化され、イネの光合成効率、窒素利用効率、出穂期が協調的に制御される。

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アプリケーションを宣伝するにはどうすればいいですか?

高収量遺伝子の発見は高収量育種の前提条件ですが、OsDREB1C遺伝子が最終的に高収量育種に使用できるかどうかは、まだ多くの困難を克服する必要があります。

繁殖にはまず親となる材料を作る必要があります。交配により、この遺伝子を持つイネをドナーとして利用し、さまざまな地域の主要栽培品種と交配することができます。 OsDREB1C 遺伝子をさまざまな品種背景に導入することで、一方ではさまざまな品種背景での収量増加効果を検証でき、他方ではさまざまな生態ゾーンに適応できる高収量材料を作成できます。

あるいは遺伝子編集によって実現することもできます。遺伝子編集が成功すれば、応用に最も近づくことになるかもしれない。この遺伝子の発現レベルを遺伝子編集によって高めることができれば、たとえ効果が半分であっても、育種への貢献は相当なものとなるだろう。

高収量イネ遺伝子の発見により、農業生産における「高収量」と「早熟」の間の長年の矛盾が打破された。同時に、さまざまな作物への応用の見通しも大きく、種子産業の活性化を支援し、国家の食糧安全保障と環境保護に貢献します。

「食事は簡単に手に入るものではないので、毎回感謝するべきです。」昨日は世界食料デーでした。我が国の食糧安全保障のために尽力してきた科学者たちに感謝しましょう。食べ物を節約し、無駄を避けることも常に忘れないようにしましょう。

制作 |科学普及中国

著者｜Guo Ryuyu Yuqing 北京キーイングアートフォレストチーム

レビュー |徐建龍、中国農業科学院作物科学研究所第二研究員

プロデューサー｜中国科学博覧会

提出者: 中国科学院コンピュータ情報ネットワークセンター

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