独立行政机构国立产业技术综合研究所[会长野间口裕]（以下简称“AIST”）生物过程研究部[研究主任Yoichi Kamagata]植物功能调节研究组客座研究员Masaru Takagi、合作研究员Miho Higuchi（池田）（日本学术振兴会研究员RPD）及其同事发现，植物细胞的长度是由三种蛋白质的拮抗相互作用调节的。
植物细胞的长度直接影响树高、株高、叶子和果实的大小等。这次在植物中，有两类蛋白质具有增加细胞长度的功能（PRE1、ACE) 和一种抑制伸长的蛋白质 (在IBH1)存在。虽然ACE直接导致细胞伸长，但AtIBH1通过抑制ACE来抑制伸长，而PRE1通过抑制AtIBH1间接促进伸长。这三个因素之间的平衡决定了最终的单元长度。
这些蛋白质参与调节多个基因的功能转录控制因子通过使用这些转录控制因子，可以改变植物的高度、植物的高度、叶子和果实的大小、花的形状和草的形状，这有望具有许多应用，包括提高农业效率、创造用于生物燃料生产的大作物以及开发稀有园艺作物。
该研究成果的详细内容请参阅美国科学杂志《植物细胞
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| 细胞长度差异对植物的影响（照片：拟南芥） |
植物是重要的资源，自古以来就被用作衣食住行的材料，并作为园林植物为人们提供疗愈作用。此外，近年来，草药、生物燃料、工业材料等植物源药物和材料受到关注，其用途正在扩大。修改植物的形状和大小以适应目的将提高生产效率。
在这种背景下，植物细胞的长度对树高、株高、叶/果大小等有直接影响，所以传统上都是如此育种的一个要点进行研究。然而，决定细胞长度的环境因素有多种，如阳光、温度、水分、养分配比等，到目前为止，还没有阐明植物如何综合判断这些环境条件，最终决定细胞长度。
在AIST，我们一直在进行植物基因，特别是综合控制多种基因功能的转录控制因子的研究，旨在将其应用于工业材料、药品、食品生产等。通过这些研究开发嵌合阻遏物沉默方法（CRES-T方法）已建成转录控制因子库是一种通用工具，已用于世界各地转录调节因子的各种基础和应用分析。除了开发通用工具外，AIST 还对涉及植物形状、大小和物质生产等各种现象的个体转录控制因子进行研究。这次，我们对植物中控制细胞伸长的机制进行了研究。
这项研究得到了日本学术振兴会的一项特别研究资助，“可应用于所有作物的控制分枝、矮化和分化能力的转录因子的分离和利用（2011-2011）”。
植物综合反应各种环境条件，如阳光、温度、水分、养分比例等，调整细胞伸长，生长成适合阳光或阴凉等环境的形状。另外，哪些细胞在什么时间伸长还与生长的季节差异有关，如芽在春季伸长，以及生长的季节差异，如幼株伸长好而老株伸长少。此外，植物的细胞伸长不仅与简单的生长有关，还与重要的植物功能有关，例如开花和倒下时向上翻转（图1）。
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| 图 1 涉及植物细胞伸长的现象示例 |
这次是模型植物拟南芥，我们鉴定出三种类型的蛋白质：两种具有细胞伸长功能的转录调节因子（PRE1、ACE），以及一种抑制细胞伸长的转录调节因子（AtIBH1）。所有三种类型的转录调节因子都没有显着改变细胞数量，而仅控制细胞伸长。其中，ACE直接拉伸细胞酶基因功能的功能并引起细胞伸长。另一方面，AtIBH1通过与ACE结合并抑制其功能来抑制细胞伸长。 PRE1 与 AtIBH1 结合并干扰 AtIBH1 的功能，防止 ACE 功能受到抑制，从而促进细胞伸长。我们将ACE、AtIBH1和PRE1的这种拮抗抑制机制命名为三拮抗bHLH系统。图 2 显示了该机制的图像。在人类中已经报道了类似的两个因子之间的竞争性抑制机制，但在动物或植物中从未报道过三因子竞争性抑制机制，使其成为一种新的控制机制。
此次发现的三种转录调节因子中，PRE1 丰富于茎尖、幼叶和幼果，而 AtIBH1 丰富于僵硬茎、老叶和膨大果实的下部。这表明 PRE1、AtIBH1、ACE 三个因子的竞争性抑制机制可能调控植物生长各个阶段的细胞伸长。
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| 图2 控制植物细胞伸长的三拮抗bHLH系统 |
未来，我们希望开发通过部分增强或抑制PRE1、AtIBH1和ACE的功能来改变株高、叶、花和果实大小的技术，并希望将其应用于实际的作物育种中。此外，通过操纵这三个因素本身，预计不仅植物的外观而且它们的新陈代谢也会发生变化。我们还想继续研究和开发对代谢系统的影响。