窒素施肥が植物をリン酸欠乏から救うメカニズムを解明 ～オートファジーの活性化が生育に寄与～

要点

○リン酸と窒素は植物の生育における必須栄養素
○リン酸欠乏生育下の植物に窒素過剰施肥するとリン酸欠乏ストレスが軽減
○栄養に応答したオートファジー誘導がリン酸欠乏ストレス回避には重要

概要

明治大学農学部 吉竹悠宇志 助教（元東京工業大学 生命理工学院 生命理工学系大学院生）、東京工業大学 太田啓之教授および下嶋美恵准教授らは、理化学研究所 環境資源科学研究センターの泉正範上級研究員、明治大学 農学部 生命科学科の吉本光希准教授らと共同で、リン酸が欠乏した状態にある植物に窒素を過剰に施肥すると、リン酸欠乏ストレスが緩和されることを発見した。リン酸欠乏下での炭素と窒素の栄養比 （C/N比） の増加により誘導されたオートファジー（用語1）の活性化が重要な役割を担っていることを明らかにした。
研究グループはリン酸欠乏下で生育したシロイヌナズナ（用語2）で起こる著しい生育抑制が、同時に窒素を過剰に与えると軽減されることを発見。これを解析した結果、生育培地中のリン酸濃度が低下した状態で、窒素に対する炭素（糖）の濃度比を低下させると、葉緑体の一部分解を伴うオートファジーが活性化され、その分解で生じたリン酸がリン酸欠乏下の植物生育を回復させることが明らかになった。
今後、植物生育におけるリン酸、窒素、炭素の栄養バランスがもたらすオートファジー誘導の制御メカニズムを明らかにすることで、新たな栄養欠乏応答のメカニズム解明および栄養欠乏耐性植物の作出方法の開発が期待される。
研究成果は米国科学誌「Plant Physiology（プラント・フィジオロジー）」のオンライン版に12月4日（現地時間）付けで掲載された。

●研究成果
研究グループはシロイヌナズナを用いて、生育遅延や植物に多く含まれる色素であるアントシアニンの蓄積など、リン酸欠乏下での生育で起こる様々な症状が、生育培地中の窒素（硝酸イオン）濃度を通常の5倍にした場合（以下、窒素過剰施肥）、緩和されることを見出した（図1）。
※図1　窒素過剰施肥がリン欠乏育成シロイヌナズナに与える影響
　A-D、各生育培地上で20日間生育させたシロイヌナズナの様子
　E、植物体地上部の重量（新鮮重量）
　F、植物体地上部のアントシアニン含量
　Pi: リン酸、N:窒素、同じアルファベット間にはP