環境ストレスに対する植物の反応を研究することが、持続可能な農業の鍵となる
機械的刺激に対する植物の分子的反応に関する新たな研究は、環境ストレスへの反応や植物の発達について新たな知見をもたらしている。
スウェーデンの研究チームは、接触、剪定、感染といった環境ストレスに対する植物の反応に関連する分子メカニズムについて、新たな知見を得た。
科学者たちは、こうした反応の内部メカニズムと、その結果として生じる植物の挙動を解明し、作物の収量に影響を与える可能性のある新たな重要な遺伝的要因を発見した。
「我々は、物理的な接触や触覚に対する植物の反応を制御する、全く新しいシグナル伝達経路を特定しました。現在
さらなる経路の探索が続けられています」
ルンド大学の研究チームは、植物が特定の環境的脅威によりよく対処するために、機械的刺激に反応することを改めて強調した。
『Science Advances』誌に掲載された本研究では、「機械的刺激は急速な遺伝子発現の変化を引き起こし、植物の外観（触覚形態形成）や開花に影響を与える」と説明されている。
関連記事：NASAの気候科学者が世界食糧賞を受賞触発形態形成は反復的な刺激によって引き起こされ、矮化、中空化、茎の機械的性質の変化、開花遅延、根の固定力の向上、気孔開度の低下など、植物の形態に著しい変化をもたらす。
こうした変化は、強風に対する植物の耐性を高め、病害への対応力を向上させる傾向がある。さらに、これらの変化は、寒冷、塩分、または干ばつに対する回復力を強化する可能性がある。
今回の新たな研究や、同様の植物反応を探求した他のいくつかの研究は、農業技術の向上に不可欠であると科学者が考えるメカニズムに関する知見の蓄積に寄与している。
「機械的刺激は、食料安全保障を向上させる持続可能な農業実践のための潜在的な手法として注目を集めている」と研究者らは記している。
「しかし、機械的刺激に対する植物の反応は、機械的負荷の強度や曝露の頻度によって左右されるため、非常に複雑である」と彼らは付け加えた。「この手法を大規模農業に応用するためには、植物の機械受容および触覚誘導形成の分子メカニズムを理解することが不可欠である。」
これまでの研究では、植物の機械受容に関連する分子メカニズムが特定されてきた。また、他の研究では、ジャスモン酸と触覚シグナル伝達との重要な関係が指摘されている。
「植物における機械的刺激に対する転写応答がどのように制御されるかについて長年にわたり研究が行われてきたにもかかわらず、同定され、一貫して検証された調節因子はごくわずかである」と研究者らは記した。
「本研究では、リバースジェネティクスを用いて、触覚シグナル伝達に潜む分子メカニズムをさらに解明した」と彼らは付け加えた。
例えば、ルンド大学の生物学者オリヴィエ・ヴァン・アケン氏は、ScienceAlert誌に対し次のように語った。「我々はシロイヌナズナに柔らかいブラシで撫でる刺激を与えたところ、数千の遺伝子が活性化され、ストレスホルモンが放出された。その後、遺伝子スクリーニングを用いて、このプロセスを担う遺伝子を特定した。」
同僚のエッサム・ダルウィッシュ氏によると、この研究結果は「30年間にわたり世界中の分子生物学者を悩ませてきた科学的謎を解明した」という。
「我々は、物理的な接触や触覚に対する植物の反応を制御する、全く新しいシグナル伝達経路を特定した」と彼は付け加えた。「現在、さらなる経路の探索が続けられている。」
研究者らは、気候変動や紛争が多くの地域で食料安全保障を脅かす中、これらのメカニズムをより深く理解することが、世界の農業に新たな機会をもたらす可能性があると考えている。
「気候変動がもたらす異常気象や病原体感染を考慮すると、作物の生産性と耐性を向上させるための、生態系に配慮した新たな方法を見つけることが極めて重要です」とヴァン・アケン氏は結論付けた。