植物科学：自己活性化するCNGC15がマメ科植物とコムギの根における内部共生を促進する

栄養素の獲得は生命の維持に不可欠である。植物は、土壌栄養素の欠乏を克服するためにアーバスキュラー菌根（AM）と、大気中の窒素分子を利用するために窒素固定細菌と、細胞内においてそれぞれ有益な協力関係を築いている。このような根での内部共生の開始には、根細胞の核内カルシウム（Ca²⁺）濃度の振動が共生菌によって引き起こされる必要がある。共生が誘発するこの核内Ca²⁺の振動を、核に局在するイオンチャネルであるサイクリックヌクレオチド依存性チャネル（CNGC）15とDMI1（DOESN’T MAKE INFECTIONS1）が協調して規定する仕組みは、まだ解明されていない。今回我々は、自発的に低周波数のCa²⁺振動を発生させる、CNGC15の自己活性化変異体を発見した。CNGC15は自身のヘリックス1を使った開閉機構を介して核内のCa²⁺振動を引き起こす一方、DMI1はペースメーカーとして機能して、振動の周波数を決定する。我々は、共生が誘発する核内のCa²⁺振動の特異性が、その周波数にコードされていることを明らかにした。高周波数は内部共生プログラムを活性化するのに対し、低周波数はフェニルプロパノイド経路を調節する。従って、両方の周波数を発生できる自己活性化cngc15変異体はフラボノイド量を増加させ、これがAM、根粒共生、栄養素獲得を強化する。この形質をコムギに導入したところ、屋外栽培のコムギにおいてAM形成と栄養素の獲得が増加した。これらの知見は、屋外での内部共生を促進し、植物の成長を維持しながら無機肥料の使用量を減らすための新しい戦略を示している。

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