植物が重力方向を感知する仕組みを解明：医療技術ニュース

基礎生物学研究所は、植物の根が重力方向を感知する仕組みを解明した。重力方向に沈み込んだアミロプラストのLZYタンパク質が細胞膜に移動することで、重力方向を感知する。

[MONOist]

　基礎生物学研究所は2023年8月11日、植物の根が重力方向を感知する仕組みを解明したと発表した。重力方向に沈み込んだアミロプラストのLAZY1-LIKE（LZY）タンパク質が細胞膜に移動することで、細胞が重力方向を感知する。埼玉大学、大阪大学、熊本大学との共同研究による成果だ。

研究の概要［クリックで拡大］ 出所：基礎生物学研究所

　植物は、重力方向を感知し、成長方向を調節する重力屈性という性質を持つ。重力屈性をする器官には、重力方向を感知する特殊な細胞があり、この細胞にはデンプンが高度に蓄積した細胞内小器官のアミロプラストが含まれる。

重力屈性の概要 出所：基礎生物学研究所

　研究グループは、独自の垂直ステージ共焦点顕微鏡を構築し、ステージを回転させることで重力方向の変化に対する細胞応答を観察した。その結果、アミロプラストに存在するLZYタンパク質が、重力方向の細胞膜とアミロプラストに局在することを発見した。

　細胞膜上のLZYタンパク質は、重力方向を保った状態ではアミロプラストの近傍にのみ確認できた。ステージを回転させて重力方向を変化させると、アミロプラストの移動とともに、LZYタンパク質の細胞膜上の局在は新たな重力方向側へ変化した。

A：垂直ステージ共焦点顕微鏡で試料を135度回転し、重力方向を変化させる様子を示す模式図。B：回転直後と15分後のLZYタンパク質（白色）の細胞内局在。C：重力方向の変化に応じたアミロプラストの移動とLZYタンパク質の細胞膜局在の変化の関係を示す模式図［クリックで拡大］ 出所：基礎生物学研究所

　このLZYタンパク質の局在変化は、アミロプラストの沈降直後から観察された。その後、新たな重力方向へオーキシンの輸送制御に関わるRLDタンパク質を呼び込み、根にオーキシンの濃度勾配を生じさせて重力屈性を引き起こした。このことから、細胞膜上のLZYタンパク質の局在変化が、オーキシン輸送制御の重力情報伝達に必要な要素であることが示唆された。

　また、光刺激装置を用いて観察したところ、LZYタンパク質はアミロプラストから近接の細胞膜上へ速やかに移動し、アミロプラストの位置情報（重力方向）を細胞膜に伝達する情報分子として働くことが分かった。

A：紫外光の局所照射で標識されたLZYタンパク質がアミロプラストから細胞膜上に移動する様子。B：光ピンセットを用いたアミロプラスト位置の操作。C：LZYによる重力方向の感知からオーキシン輸送制御までを示す模式図［クリックで拡大］ 出所：基礎生物学研究所

　今後は、LZYタンパク質からオーキシン輸送制御に至る情報伝達機構を分子レベルで解明するとしている。