植物科学：トウモロコシのスマート草冠構造が高密植での収量を高める

トウモロコシの収量向上のカギとなる戦略に、栽植密度を高めることがある。密植の理想型（ideotype）には、異なる草冠層における葉の角度が、数ある特徴の中でも特に光捕捉や光合成を最大にするよう別々に最適化された「スマート草冠」が必要である。今回我々は、上位葉が直立し、中位葉はより傾いていて、下位葉はかなり水平な自然突然変異体lac1（leaf angle architecture of smart canopy 1）を発見した。lac1は密植下において、光合成能力が向上しており、避陰反応が緩和されている。lac1はまた、ブラシノステロイドC-22ヒドロキシラーゼをコードしており、これが主として上位葉の角度を調節する。陰では光受容体のフィトクロムAが蓄積され、これが転写因子RAVL1と相互作用して26Sプロテアソームを介したその分解を促進し、RAVL1によるlac1の活性化を阻害して、ブラシノステロイドのレベルを低下させる。これにより、最終的に密植圃場で上位葉の角度が小さくなった。大規模な圃場試験で、lac1が高栽植密度でトウモロコシの収量を高めることが実証された。育種用の生殖質にlac1を迅速導入するため、我々は半数体誘導株の形質転換を行い、20株の多様な近交系からホモ接合のlac1編集体を得た。検証を行った倍加半数体は、一様にスマート草冠様の植物体構造を獲得した。我々は、lac 1がトウモロコシにおけるスマート葉冠の操作をさらに進めるための遺伝的基盤として作用する、高密度耐性栽培種を開発するための重要な標的と加速化戦略を提示する。

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