大豆フェリチンGmFER1は塩ストレス耐性と根腐(ねぐされ)病耐性を高め、大豆収量を向上させる
以下の論文の中で、図の表示に関しては、鉄欠乏処理区でGmFER1（ダイズフェリチン遺伝子）の過剰発現株では生育が良好になるという結果が示されている図2と図5のみを紹介した。
大豆フェリチンGmFER1は塩ストレス耐性と根腐(ねぐされ)病耐性を高め、大豆収量を向上させる
GmFER1, a soybean ferritin, enhances tolerance to salt stress and root rot disease and improves soybean yield
Yanzheng Zhang1,2,†, Shuhan Liu1,†, Xiaoyue Liang1,†, Jiqiang Zheng1, Xiangpeng Lu1, Jialiang Zhao3, Haibin Li1,Yuhang Zhan1, Weili Teng1, Haiyan Li1,*, Yingpeng Han1,*, Xue Zhao1,* and Yongguang Li1,*
1Key Laboratory of Soybean Biology of Ministry of Education China, Key Laboratory of Soybean Biology and Breeding (Genetics) of Ministry of Agriculture and Rural
Affairs, Northeast Agricultural University, Harbin, 150030, China
2College of Life Sciences, Qingdao Agricultural University, Qingdao, 266109, China
3Jiangxi Research and Development Center of Super Rice, Jiangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanchang, 330200, China
Plant Biotechnology Journal (2025), pp. 1–19
要約
植物のストレス応答機構は生物的・非生物的ストレスによって活性化されるが、その持続的な活性化は通常、成長に影響を及ぼす。フェリチンがバイオマス蓄積を調節する役割は多様な植物種で広く特徴づけられてきたが、塩ストレス耐性およびフザリウム抵抗性への寄与メカニズムは依然として不明な点が多い。本研究では、フェリチンの過剰発現が地上部と根の両方で鉄蓄積とFe3+隔離を引き起こし、鉄吸収・輸送系を活性化することを確認した。さらに重要なことに、GmFER1は塩ストレス耐性とフザリウム抵抗性を増強する。第一に、GmFER1は葉緑体に局在し、塩ストレスおよびフザリウム感染によって顕著に誘導される。GmFER1の過剰発現は、活性酸素除去機構を活性化することなく、正味光合成速度とルビスコ酵素活性を増強することで、一株あたりの大豆収量を増加させる。塩ストレス下では、GmFER1はSODおよびCAT酵素の活性ならびにNa+排出能力を改善することで耐性を高める。フザリウム感染下では、GmFER1は抗酸化能力を向上させることで病原体に対する耐性を強化する。さらに鉄欠乏試験により、塩ストレス下でのCAT・SOD活性上昇が鉄イオン蓄積と関連することが明らかになった。最後に、我々はGmFER1遺伝子多型が耐塩性、病害抵抗性、および収量・品質に関連する23の農学的形質に及ぼす影響を分析した。GmFER1遺伝子多型のさらなる解析により、Hap2ハプロタイプが大豆の耐塩性、病害抵抗性、莢数、および油分を潜在的に向上させ得ることを明らかにした。本研究は、塩ストレスおよびフザリウム感染に対する植物の抵抗性を高めつつ、生育阻害を軽減する新たな手法を提供するものである。
図2 GmFER1の過剰発現は大豆におけるFe3+蓄積を増加させる。(A) GmFER1-oxおよび野生型（WT）植物の地上部、地下部、種子における鉄含有量。4週齢のGmFER1-oxおよびWT植物ならびに成熟種子を用いて鉄含有量を測定、n = 3。(B) GmFER1-oxおよび野生型（WT）植物における地上部・地下部のFe2+およびFe3+含有量。4週齢のGmFER1-oxおよびWT植物を用いて鉄含有量を測定、n = 3。(C) 接ぎ木組み合わせの模式図。1:WT（地上部）/WT（地下部）； 2: WT（地上部）/GmFER1-ox（ox、地下部）；3:GmFER1-ox（ox、地上部）/WT（地下部）；4: GmFER1-ox（ox、地上部）/GmFER1-ox（ox、地下部）。(D) 接ぎ木植物の表現型を鉄存在条件と鉄欠乏条件下で観察した。20日齢の接ぎ木植物を鉄欠乏Hoagland溶液と正常Hoagland溶液に移し、処理後0日目と4日目に撮影。(E) (D)の鉄存在条件と鉄欠乏条件下で4日間Fv/Fmを測定、n = 5。
(F) 接ぎ木植物の地上部および地下部の総鉄含有量を鉄存在条件と鉄欠乏条件下で7日間測定（n = 3）。(G-K) GmbHLH300、GmbHLH57、GmIRT1、GmFRO2 および GmVIT1 の発現レベルを、過剰発現植物および野生型植物の根において qRT-PCR を用いて測定した。内部参照遺伝子として GmACTIN4 を用いた。示されたデータは平均値として提示されている標準誤差 (n = 3)。(L) GmFER1-i および EV トランスジェニック植物の毛根における総鉄含有量を測定した。鉄条件下における鉄含有量の測定には、4週齢のGmFER1-iおよびEVトランスジェニック毛根を用いた。(M〜Q) GmFER1-iおよびEVトランスジェニック毛根におけるGmbHLH300、GmbHLH57、GmIRT1、GmFRO2、GmVIT1の発現レベルをqRT-PCRにより測定した。
内部参照遺伝子としてGmACTIN4を用いた。データは平均値±標準誤差（n=6）で示す。値は3つの生物学的反復の平均値を示す。
図5 塩ストレス下におけるGmFER1-ox植物のCATおよびSOD酵素活性に鉄イオンが必須であること。(A) 鉄存在条件および鉄欠乏条件下で、0、3、7日間0および200 mM NaCl処理したGmFER1-oxおよび野生型（WT）植物の表現型。赤枠は鉄欠乏条件下におけるGmFER1-ox および野生型（WT）植物の黄化を示す。(B〜E) (A)に示す野生型（WT）およびGmFER1-ox幼苗の5日目および7日目の鮮重と根長。データは平均値±標準誤差（n = 10）で示す。(F, G) (A)に示すWTおよびGmFER1-ox幼苗の葉において、0日および5日目に測定した光応答曲線。データは平均値±標準誤差で示す（n = 3）。(H〜K) (A)に示すWTおよびGmFER1-ox幼苗の根において、0日および5日目に測定したCATおよびSOD酵素活性。データは平均値±標準誤差（n = 3）で示す。アスタリスクは対応する対照群との有意差を示す。
図2
図５ー１
図５-2