Monocotyledonous plants graft at the embryonic root–shoot interface
Reeves et al. Nature (2022) 602:280-286.
doi:10.1038/s41586-021-04247-y
News & Views
Hard graft problem solved for key global food crops
Colin Turnbull & Sean Carrington Nature (2022) 602:214-215.
doi:10.1038/d41586-022-00050-5
接ぎ木は、異なる植物の組織を接合する手法として古くから園芸や研究において行われてきた。しかしながら、単子葉植物は維管束形成層がなく維管束が散在しているために接ぎ木が困難であると考えられている。英国 ケンブリッジ大学のHibberd らは、単子葉植物でも未分化組織や胚性組織であれば融合して接ぎ木が成立するのではないかと考え、様々な試みを行なった。そして、コムギを用いた実験で、胚のシュート部分を切取って別の種子の同一部分と置換えることで通常のコムギと同じような接ぎ木植物を得ることに成功した。得られた接ぎ木植物の篩部と木部は機能的に接続しており、接ぎ木接合部は幼芽と幼根の間の胚軸上で形成されていた。コムギの接ぎ木効率は、幼芽を切取って同じ種子に置換えた場合に最も高く(79 %)、異なる遺伝子型のコムギであっても融合した(31 %)。接ぎ木はイネでも成功した。実生の齢が進むと接ぎ木効率が低下することから、胚性組織が多いほど融合率が高いと考えられる。接ぎ木をしたイネとしていないイネ、傷害を与えたイネの遺伝子発現の変化を経時的に追ったところ、数百の遺伝子に発現量の変化が見られ、遺伝子オントロジー(GO)を見ると、接ぎ木イネでは地上部や柔組織を融合させるための維管束細胞分裂、細胞間接着、ホルモンシグナル伝達、維管束接続の確立などのプロセスに関連する遺伝子が多く見られ、双子葉植物の接ぎ木の際と同じような遺伝子発現変化を示していた。細胞周期、細胞分裂、細胞壁のリモデリングと伸長に関連する遺伝子は接ぎ木初期に発現量が高く、このことは接ぎ木の際の穂木と台木のギャップが細胞分裂と伸長の組み合わせによって埋められていることを示唆しており、双子葉植物での接ぎ木と一致している。いくつかのシロイヌナズナ遺伝子とイネオルソログ遺伝子は接ぎ木に際して類似した応答を示しており、単子葉植物と双子葉植物において、接ぎ木過程の遺伝子発現の変化は類似していることが示唆される。次に、単子葉植物の他の分類群でも接ぎ木が可能かどうかを検証したところ、単子葉植物11目のうち、系統的に多様な9目の数十種で自己接ぎ木をすることができた。これらの種は、単子葉植物の3つの分類群(ツユクサ類、ユリ類、オモダカ類)にまたがり、パイナップル、バナナ、タマネギ、テキーラリュウゼツラン、アブラヤシ、ナツメヤシなどの重要な作物種が含まれていた。コムギからは、デュラムコムギとの種間接ぎ木、ライムギとの属間接ぎ木、オートムギとの連間接ぎ木を作り出せた。また、コムギ、イネ、ライムギなどのC3光合成経路を利用するイネ科植物を、トウジンビエやソルガムなどのC4光合成を利用する種に接ぎ木することができた。ストリゴラクトン生合成酵素遺伝子CCD8 が機能喪失して分けつ数が増加するイネ変異体の穂木を野生型イネの台木に接ぐことにより多分けつの表現型が解消された。コムギは土壌病原菌Gaeumannomyces graminis の感染により立枯病を発症するが、コムギの穂木を広域抵抗性を示すオートムギの台木に接ぎ木することで、この病原菌に対する耐性が得られた。以上の結果から、接ぎ木の互換性は種子植物に共通する能力であると考えられる。
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