“種子の記憶”を利用した、地球環境変動下における新しい食料生産技術の構築へ
農学研究院
石橋勇志 教授
ポイント
・環境変動下で生産される種子のその後の成長については不明であった
・登熟環境※1が種子内へ記憶されるメカニズムを解明し、環境ストレス耐性や収量性向上に関与することを発見
・環境記憶種子を利用した新たな食料生産が期待される
概要
近年、地球温暖化により登熟期の高温が頻発し、イネの収量・品質低下が課題となっており、これは「令和の米騒動」の要因の一つとされています。一方で、登熟期の環境が、次世代植物の発育や農業形質にまで影響するのか、また影響する場合その分子メカニズムは十分にわかっていませんでした。とくに、環境情報が次世代に伝わる実態を圃場レベルの形質まで結びつけた議論は、食料生産現場において重要課題となっていました。
本研究は、イネの登熟期の高温が、種子にDNAメチル化※2を介した“エピジェネティク※3記憶”を形成し、その記憶が後代の遺伝子発現と農業形質（収量を含む）を変えるという新たな仕組みを解明しました。
九州大学大学院農学研究院のSuriyasak Chetphilin助教および石橋勇志教授らの研究グループは、イネの登熟期に適温区と高温区で成熟させた種子を育成し、種子のDNAメチル化状態と、その種子から育った後代作物の遺伝子発現および農業形質を調査しました。
その結果、高温で成熟した種子では多数のDNAメチル化差領域が検出され、後代作物において多数の遺伝子が発現変動していました。さらに後代作物は、分げつ数の増加、高い気孔密度、早期出穂、早朝開花といった形質変化を示し、高温ストレス耐性を有することが明らかとなりました。また、圃場試験により、高温登熟種子由来の後代作物は、収量が約10%高いことを確認しました。加えて、同形質に関わる候補遺伝子について、プロモーター領域※4のDNAメチル化変化と遺伝子発現変化が整合すること、さらに、種子で生じたDNAメチル化が後代作物の器官でも維持されることも併せて確認されました。
本成果は、気候変動下で増大する高温ストレスに対し、“種子のエピゲノム記憶”を利用して後代の農業形質を有利に導くという新しい方向性を提示します。遺伝子配列を改変せずとも、種子形成期の環境設計によって形質を調整できる可能性があり、将来的には地球環境適応型の栽培設計、採種・育苗工程の最適化、収量安定化技術への応用が期待されます。
本研究成果は国際学術雑誌「Plant Physiology」に2026年4月22日（水）にオンライン掲載されました。
研究者からひとこと
地球環境変動による食料生産の不安定化は世界的な共通課題であり、食料の安定生産技術の構築は待ったなしの状況です。今回明らかとなった環境により制御されたエピゲノム種子は、植物の環境適応戦略の一つとして考えられますが、遺伝子を組み換えることなく、従来作物が持っているポテンシャルを最大化できる点で、すべての農作物に適応できる可能性があります。日本発の「エピゲノム種子」から世界の食料生産課題に挑戦します。（石橋勇志）
用語解説
(※1) 登熟環境
開花・受粉後、子実が成長・発達する期間の環境を示し、昨今の地球温暖化による高温登熟は水稲の子実品質や収量を著しく低下させることが知られている。
(※2) DNAメチル化
DNA塩基のシトシン（C）にメチル基（–CH₃）が付加された状態を示す。植物では主に CG、CHG、CHH（H＝A/T/C）で生じ、遺伝子発現制御に関与する。一般に、プロモーター近傍の高／低メチル化は転写因子結合やクロマチン状態を介して遺伝子発現を制御する一方、環境ストレスなどによりメチル化パターンが再編成され、一定期間維持されることで“記憶”として働く場合がある。
(※3) エピジェネティク
DNA塩基配列の変化を伴わずに、遺伝子の働き方を制御し、細胞・組織の状態や表現型に影響を及ぼす現象。代表的な分子基盤として、DNAメチル化、ヒストン修飾、クロマチンリモデリング、小分子RNA（siRNAなど）による転写／転写後制御などが挙げられる。
(※4) プロモーター領域
転写開始点（TSS）周辺に位置し、RNAポリメラーゼⅡのリクルートや転写開始頻度を規定する領域。一般にTSS上流の一定範囲（例：数百 bp〜数 kb）を指し、転写因子結合配列、コアプロモーター要素などを含み遺伝子発現制御に関わる。
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