プレスリリース
(研究成果) 特殊なデンプンでナトリウムを吸着・無害化するヒナアズキ

世界におよそ3億haある灌漑農地の約半分は塩類集積による塩害の影響を受けており、塩害に極めて弱いイネやダイズなど主要な作物の栽培が困難になっています。また、乾燥地での灌漑農業が拡大した結果、湖沼や地下水などの淡水資源が急速に枯渇に向かっており、乾燥地における塩害のリスクはますます高まっています。このような状況に対して、塩水でも栽培可能な塩害に強い作物の開発が求められており、塩害に強い植物がもつ耐塩性機構を明らかにすることが不可欠となっています。

農研機構では、多様な遺伝資源¹⁾をジーンバンク²⁾事業で収集・保存し、有用な特徴を調べています。特にアズキの近縁種は多様性の宝庫であり、厳しい環境に適応した種や系統が多数存在します。私たちは、アズキの近縁種が持つ独自の耐塩性機構に注目しています(Noda et al., 2022、2023年3月8日農研機構プレスリリース https://www.naro.go.jp/publicity_report/press/laboratory/ngrc/157576.html)。

今回は、塩害に強いアズキ近縁種のうち、海岸の波打ち際など海水を直接浴びる環境で生育できるヒナアズキに着目しました。ほとんどの植物では、葉に過剰なナトリウムが流入すると致命的な傷害を受けますが、ヒナアズキは葉にナトリウムを蓄積しながら、目立った傷害なしに生育できることがわかっています(図1)。本研究グループは、QST、東京大学、筑波大学が持つ細胞内の元素を可視化する技術と、理研の電子顕微鏡技術を用いて、ヒナアズキの特殊な耐塩性機構を詳細に調査しました。

最初に、葉にナトリウムを蓄積するヒナアズキと塩害に弱いアズキについて、葉の細胞の特徴を、理研が有する走査型電子顕微鏡で観察しました(図2)。ヒナアズキでは、葉の細胞内の葉緑体にデンプン顆粒が形成されていましたが、アズキではほとんど見出されませんでした。

続いて、QSTおよび筑波大学でヒナアズキの葉を24時間遮光し、デンプン顆粒が失われた状態で放射性ナトリウム³⁾を吸収させて元素分布を調べました(図3)。遮光した葉のナトリウムの量は、遮光しなかった葉に比べて顕著に減少し、デンプン顆粒形成とナトリウム蓄積との間に関係があることが示されました。

最後に、100mMの塩水で数日間栽培したヒナアズキの葉の細胞内のナトリウムの分布を東京大学でSEM-EDX⁴⁾という手法を使って画像化したところ、デンプン顆粒の周囲にナトリウムが高密度で存在することが明らかとなり、ナトリウムが吸着されていると考えられました(図4)。

上述の通り、①ヒナアズキの葉の葉緑体には多くのデンプン顆粒が形成されること、②デンプン顆粒の形成を妨げると、葉へのナトリウム流入が顕著に減少すること、③ナトリウムは、葉緑体に形成されたデンプン顆粒の周囲に高密度で分布し、デンプン顆粒に吸着されていると考えられること、が明らかとなりました。更に、葉に多数のデンプン顆粒を形成する別種の植物ではデンプン顆粒にナトリウムは吸着されませんでした。このことから、ヒナアズキのデンプン顆粒はナトリウムを吸着する特殊な能力を持ち、ナトリウムによる害から葉を守っていることが示唆されました。