条件が乾燥しすぎたり、塩分が多すぎたり、寒すぎたりすると、ほとんどの植物は生育がさらに悪くなり、最終的には枯れてしまいます。一方、極端な植物である Schrenkiella parvula は、実際には致命的な条件下でもさらに良く成長します。新しい研究では、環境ストレスに反応して放出される植物ホルモンがこれに重要な役割を果たしていることが示されています。他の植物に資源を節約するよう信号を送ると同時に、シュレンキエラ・パルヴラの成長を刺激します。この結果は、作物に同様のシグナル伝達経路を確立し、極端な環境条件に対する耐性を高めるのに役立つ可能性がある。
気候変動は、多くの場所で作物がますます不利な条件に対処しなければならないことを意味します。長期にわたる暑さや干ばつなどの異常気象が増加しており、従来の食用作物の収穫が危険にさらされている。そのため研究者らは、伝統的な植物育種法とグリーン遺伝子工学の両方を利用して、極限条件にさらに耐えられる植物の開発に取り組んでいる。いわゆる極限植物、つまり極限条件下で自然に生育する植物に関する研究結果は役に立ちます。
極限条件下での成長
カリフォルニアのスタンフォード大学のイン・サン率いるチームは、このような極端な植物を詳しく調査した。研究者らは、トルコの極度に塩辛いトゥズ湖の岸辺などに自生するアブラナ科の植物、シュレンキエラ・パルブラを調べた。塩分濃度が 32.9% で、北海のほぼ 10 倍であるトゥズ湖は、世界で最も塩分濃度の高い湖の 1 つであり、湖岸の土壌もそれに応じて塩分濃度が高いです。
サン氏と彼女のチームは、Schrenkiella parvula は明らかに、このような条件下でも生き残るだけでなく、より速く成長するように進化したことを示しています。 「ほとんどの植物は、極端な条件に反応してストレスホルモンを生成します。これは成長の停止信号のように機能します」と彼女の同僚のホセ・ディネニーは説明します。一時的に条件が劣悪な場合でも、この方法で資源消費を減らすことで、条件が再び改善するまで植物は生き残ることができます。 「しかし、この極限植物では、ストレスホルモンが開始信号のように機能します」とディネニー氏は言う。 「それに応じて、植物は成長を加速します。」
同じホルモンでも効果が違う
ストレスホルモンがシュレンキエラ・パルビュラで他の植物とは異なる影響を与える理由を解明するために、サン氏と彼女のチームは、この極限植物のゲノムと、キャベツ、ブロッコリー、ビート、ナタネなどの関連するアブラナ科の野菜との比較、およびホルモンシグナル伝達の両方を分析した。関係する経路。環境ストレスに対する反応の主な違いは、シュレンキエラ・パルビュラの遺伝によるものではなく、アブシジン酸（ABA）ホルモンに反応するホルモンシグナル伝達経路の変化によるものであることが判明した。
ABAは他のアブラナ科の野菜では成長を遅らせたり停止させたりする遺伝子を活性化しますが、シュレンキエラ・パルブラでは成長を確実に高める遺伝子を活性化します。 「このネットワークの再配線は、なぜストレス耐性のある種でこのような異なる成長反応が得られるのかを少なくとも部分的に説明します」とディネニー氏は言う。研究者らは、極限植物をモデルにしたこのような再配線を作物に導入し、それによって植物のストレス耐性を高めることができると期待している。 「気候変動により、環境が同じままであることは期待できません」とイン・サン氏は言います。 「私たちの作物は、急速に変化する条件に適応しなければなりません。植物がストレスに耐えるために使用するメカニズムを理解できれば、植物がストレスに耐えることをより適切かつ迅速に行うことができるようになります。」
農業の視点
ストレス耐性の向上は、食用作物だけでなく、菜種などの油糧種子からのバイオ燃料の生産にも望ましいと考えられます。 「バイオエネルギー作物は、食料の栽培に適していない土地、たとえば不適切な灌漑により土壌が劣化していたり、塩分濃度が高かったりする農地で栽培できる可能性があります」とディネニー氏は言う。適切に遺伝子組み換えを施した油料作物は、放棄されなければならなかった土地でも栽培できる可能性がある。
「ここで紹介する研究で、我々はその遺伝子調節因子がストレス耐性の自然選択の標的となっている可能性がある遺伝子を特定した」と著者らは書いている。 「したがって、それらは遺伝子編集を通じて非生物的ストレスへの反応に影響を与えるための有用な候補となる可能性がある。サン氏と彼女のチームは今後の研究で他のアブラナ科の野菜も分析に含め、その結果がどの程度応用できるかを調べたいと考えている。」農業。
出典: Ying Sun (カリフォルニア州スタンフォード大学) ら、Nature Plants、 doi: 10.1038/s41477-022-01139-5
