気孔開口が制御された高収量植物

発明者らは、孔辺細胞の細胞膜プロトンポンプが活性化することで過分極が生じ、それに伴って水（H2O）が細胞内に流入することで孔辺細胞が膨潤するという気孔開口メカニズムを明らかにした。発明者らは、細胞膜プロトンポンプを遺伝子組換えで孔辺細胞に高発現させたシロイヌナズナやポプラを作成し栽培したところ、気孔開口が促進され、光合成活性が上昇し、収量の増加に至ることを実証した（https://doi.org/10.1073/pnas.1305438111, https://doi.org/10.3389/fpls.2021.766037）。また、イネの細胞膜プロトンポンプの発現量を全身的に増やすことで、葉では気孔開口が促進され、光合成活性が上昇し、根では栄養素の吸収が高まることで、野外圃場にて収量が増加することも実証した（https://doi.org/10.1038/s41467-021-20964-4）。しかし、この時に作成したのは遺伝子組換え植物であり、実用化にはハードルがあった。そこで、本発明者はシロイヌナズナの細胞膜プロトンポンプAHA2遺伝子のプロモーター領域のゲノム編集によって、遺伝子の発現を増大させるゲノム編集作物の作出を試みた。AHA2遺伝子のプロモーター領域を同定し、任意のサイトを標的としたgRNAを用いて、Crisprによるゲノム編集を試みたところAHA2遺伝子発現が増大したシロイヌナズナ系統を作出することに成功した。細胞膜プロトンポンプによる気孔開口や栄養分吸収メカニズムは植物に共通して存在する機構であり、様々な実用作物において本技術を用いた高収量化が期待される。