モソ竹は効率的な炭素吸収源であり、エコロジーおよび経済的価値を持つ竹の資源です。竹の新芽は約30日で「爆発的な」成長を達成することができます。その背後にある栄養供給メカニズムは長い間学術界を悩ませてきました。特に、窒素という重要な栄養素が母竹、竹の新芽、ツル根の間でどのように動的に分配され、その内在的な遺伝子発現がどのように調整されるかは未解決の謎です。最近、浙江農林大学の宋新張教授の研究チームと国際竹籐センターの高志民研究員のチームが、現場での同位体追跡技術と分子生物学的解析技術を初めて使用し、モソ竹の新芽の急速成長期における窒素供給の時空間的特性を明らかにし、転写因子PeHDZ23987がPeAAP29123の発現を調節してアミノ酸の長距離輸送を媒介する新しい分子メカニズムを解明しました。この研究結果は竹林の正確な施肥のための重要な理論的基盤を提供し、「竹でプラスチックを置き換える」という戦略の下で高品質な竹林を育成するための支援となります。この研究結果は、農林科学分野の権威あるジャーナル『Horticulture Research』に「安定同位体ラベリングと遺伝子発現解析によるモソ竹の急速成長のための動的窒素供給メカニズムの解明」として発表されました。

研究チームは竹林に「一本の竹、一本のツル、一本の新芽」という研究システムを構築し、15N同位体追跡技術を使用して、竹の急速成長期における母竹とツル根から新芽への窒素供給の動的比率を正確に定量化しました。研究により、若芽の初期成長期（新芽発生から7日後）では、窒素の72.5％が母竹からツルを通じて一方向的に輸送され、急速成長期（21日）と分岐期（34日）に入ると、母竹とツル根の窒素供給比率がほぼ均等（約5:5）になることが明らかになりました。葉の展開期（81日）には、ツル根の吸収貢献率が69.8％に跳ね上がり、「母竹優勢-二重源のバランス-ツル根優勢」という動的供給戦略が形成されました（図1）。葉の展開期には、母竹の葉において15Nの逆流現象（30.4％）が現れ、クローン統合の方向が発展段階に応じて変化することが示されました。この発見は竹林の栄養循環の調整に新たな視点を提供します。

図1 異なる施肥方法下での母竹、若芽、竹の根茎における窒素の動的協調的分布メカニズム
トランスクリプトームシーケンシングと遺伝子共発現ネットワーク分析により、PeAAP29123によってコードされるアミノ酸輸送体が重要な窒素輸送体であり、その発現レベルが15N含量と顕著に正の相関があることが明らかになりました。さらに研究を進めた結果、HD-ZIPファミリー転写因子PeHDZ23987がPeAAP29123プロモーターの特定要素に結合することによってその発現を活性化することがわかりました（図2）。PeAAP29123とPeHDZ23987の異種過剰発現を水稻に行うことで、低窒素耐性を大幅に向上させ、窒素吸収効率を改善できることが示されました。

図2 PeHDZ23987がPeAAP29123のプロモーター要素に結合し、その発現を活性化する。
本研究は初めて「クローン労働分担-遺伝子協調」という栄養供給モデルを構築し、竹における窒素源の動的調整に対する時空間的なバランス利用戦略を創造的に提案しました。この戦略は、若芽の急速成長を確保しつつ、母竹の過度の消費を避けることができます。この研究結果は、竹クローン植物における長距離窒素輸送の分子メカニズムのギャップを埋め、植物栄養生態学理論に新しい次元を加えるものです。研究の成果は、張軍博博士課程の学生、施満准准教授、朱成磊博士後研究員、青島農業大学の若手教師、楊可斌による共同執筆であり、宋新張教授が責任著者です。国際竹籐センターの高志民研究員、北方工業大学の宋小明教授、浙江農林大学の李全准教授、曹婷婷准教授、朱德政博士課程の学生も指導と支援を行いました。この研究は中国国家自然科学基金（31930075）などのプロジェクトによって支援されました。