総説：栄養素のホメオスタシスを調節するマイクロRNA：バイオフォーティファイド作物開発のための持続可能なアプローチ
最近、栄養素の代謝や輸送に関係する遺伝子の発現に関わる、様々なマイクロアレイの研究成果が続々と発見されている。中でも窒素に関するマイクロアレイが8つで、鉄に関しても８つあり、上位を占めている。ここでは、鉄に関する部分だけ紹介する。この論文の引用文献欄で見る限り、なぜかこの方面の日本の研究者は非常に少ないようである。
総説：栄養素のホメオスタシスを調節するマイクロRNA：バイオフォーティファイド作物開発のための持続可能なアプローチ
MicroRNAs modulating nutrient homeostasis: a sustainable approach
for developing biofortified crops
Monica Jamla・ Shrushti Joshi・ Suraj Patil・ Bhumi Nath Tripathi・ Vinay Kumar
概要
無茎性植物は、その寿命の間、最適でない栄養塩濃度の生物学的利用能に対処し、適切な成長と代謝のために、効率的な栄養摂取、貯蔵、移動のためのシグナルカスケードの連結網を常に感知し進化させなければならない。
しかし、環境の変動と人為的な活動の激化は、植物にとって手ごわい課題となっている。
このことが、（微）栄養不足の作物や栄養不安に拍車をかけている。バイオフォーティフィケーションは、微量栄養素の栄養失調と戦うために利用できる、持続可能で効果的なアプローチとして注目されている。
バイオフォート化作物は、従来の育種、農学的手法、または先進的なバイオテクノロジーツールを用いて開発された、望ましい栄養素のレベルが強化された作物である。または高度なバイオテクノロジーを駆使して開発されたものである。
栄養素のホメオスタシスは、栄養素ストレス下で阻害され、複数の細胞および分子構成要素が関与する短距離および長距離の細胞-細胞/臓器間のコミュニケーションに障害が発生する。
バイオインフォマティクスパイプラインやデータベースと連動した高度なシーケンサーにより、小さなシグナル伝達分子や転写後制御因子であるマイクロRNA（miRNA）が、栄養恒常性を含む植物の主要現象に関与している可能性が示唆されている。
miRNAは、バイオテクノロジーに基づく生物強化プログラムの新たなターゲットとして注目されている。
このように、miRNAの機構的洞察と制御的役割を理解することは、栄養効率の高いバイオフォート作物の開発において、それらを探求するための新しい窓を開く可能性がある。
本総説では、植物栄養学と栄養恒常性におけるmiRNAの意義と役割について述べる。
また、主要栄養素である窒素、リン、硫黄、マグネシウム、鉄、亜鉛に対する植物の反応に重要な役割を果たすことも解説している。
miRNAを組み込んだバイオフォート作物の開発について、最近の成功事例を交えて展望した。また、現在の課題と将来の戦略についても述べた。
以下各栄養素に対応するマイクロRNAの解説があるが、ここではそのうちの哲に追うとするマイクロアレイに関しての項目のみ訳出した。
鉄に応答するマイクロRNA
鉄（Fe）は土壌中に限定的にまばらに分布し、中性または塩基性土壌ではその溶解度から利用できないことが多いことが観察されています。酸性土壌では、嫌気性条件により鉄の毒性が誘発される(Hell and Stephan 2003)。鉄欠乏下では、鉄欠乏応答性シス作用因子であるInducer of definitive endoderm 1 (IDE1 and IDE2) を標的とする5つのmiRNAファミリー (miR159, miR169, miR172, miR173, miR394) が、Kong and Yang (2010) によって同定された。
Yang (2010)により、シロイヌナズナにおいて同定された。
シロイヌナズナでは、鉄飢餓下でmiR408がダウンレギュレートされ、その標的（フェノロキシダーゼとフェロキシダーゼ）の発現が異なり、鉄欠乏に対する植物耐性に関与することが観察されている（Carrió-Seguí et al.）
Oryza sativaでは、miR11、miR26、miR30、miR31が高鉄濃度下でダウンレギュレートされることが観察され、それは自然抵抗関連マクロファージ蛋白質4（NRAMP4）を標的とすると見られた（Paul et al.2016). Wangら（2021）は、イネの鉄欠乏下でmiR159とmiR408が阻害されることを観察した。
イネの鉄欠乏下では、それらの標的（ZFP、カルモジュリン様タンパク質27、OsGAMYB、およびOsGAMYB）が過剰に発現される結果となったことを確認した。
同様に、miR172、miR395、miR398、およびmiR408は、ストレス耐性強化、硫黄恒常性の調節、銅恒常性の調節、銅/亜鉛スーパーオキシドディスムターゼ活性の活性化、およびリグニン蓄積の調節をもたらすようにダウンレギュレートされていました（Jin et al.、2021）。
以下、図の説明
図 1 クラスター図
(A) 持続可能な開発のスキームと、開発におけるその関係。
(B)様々なアプローチによるバイオ強化作物の開発。
miRNAを利用した栄養強化作物の開発は、隠れた飢餓問題を回避するための新しいパラダイムである。
図2 植物-栄養素-MiRNA相互作用のネットワーク図。
A 植物と栄養素の 植物と栄養素のホメオスタシス：(1) 土壌は植物が利用できる栄養素の主な供給源である。 (2)一方向に流れる養分（赤）は木部を経由して取り込まれる。維管束を経由して取り込まれる。(3) 葉茎樹液による栄養素の双方向輸送（赤/青）。(4) 栄養素はさらに植物の液胞を介して貯蔵（赤）、再固定化（青）される。
B miRNAと栄養の恒常性：(1)栄養不足になると、植物のシグナル伝達カスケードは活性化し、転写因子（TF）、マイクロRNA（miRNA）、ユビキチンを介したタンパク質（UQ）などのシグナル伝達分子を利用して情報を伝達する。
(2a) ストレスシグナルは、miRNAの標的遺伝子を活性化するか、(2b) 抑制することができる
miRNAの発現の差は、以下のいずれかの活性化をもたらす。
(3a) ストレス応答性タンパク質の活性化、または(3b)ストレス応答性タンパク質の不活性化をもたらす。
このように、miRNAは植物の栄養ストレス時にポジティブな制御因子としてもネガティブな制御因子としても働くことができる。
図3 栄養恒常性維持におけるmiRNAの制御。
以上、栄養ストレスに応答するmiRNAを示した。単一のmiRNAが複数の栄養素の恒常性維持や吸収に関与していることが報告されている。
miRNAの複数の標的を同定し、バイオフォーティファイド作物の作出に利用することができる。
Kong and Yang (2010), Liang et al. (2012), Li et al. (2013), Paul et al. (2015; 2016), Li et al. (2017c), Liang et al. (2017), Dos santos et al. (2019), Baoら（2019）、Zengら（2019）、Liuら（2020a、b）、Shiら（2020）、Liら（2020）、Wangら（2021）、Dingら（2021）である。
図1
図2
図3