最新の研究では、植物の葉が互いに接触すると生体信号ネットワークが形成され、環境ストレスを「隣人」に早期に知らせることで、植物群全体の強い光などのストレスに対する耐性が大幅に向上することが判明した。能力。研究チームは、この現象は植物間の関係についての私たちの従来の理解を変えることが期待される、つまり植物は単なる競争相手ではなく、過酷な環境では「暖かさを求めて群がる」のだと指摘した。
この研究は、ミズーリ大学の植物学者ロン・ミトラーのチームによって完了しました。この論文はプレプリント プラットフォーム BioRxiv で公開されていますが、まだ査読されていません。研究者らはモデル植物シロイヌナズナを対象として、葉が互いに接触するように非常に近くに植えられたグループと、葉が互いに接触しないように一定の距離を置いて植えられたグループに分けました。
この「葉の連鎖」を確立した後、研究者らは2つのグループの植物に強い太陽光に似た高強度の光を当て、葉の電解質漏出とアントシアニン含有量を測定することで被害の程度を評価した。電解質の漏出が多ければ多いほど、細胞膜への損傷は深刻であり、アントシアニンの蓄積は植物が光ストレスを受けていることを示す典型的な指標です。
その結果、葉が互いに接触している植物は葉の損傷が少なく、アントシアニンの蓄積が少なく、光ストレスに対する耐性が高いことがわかりました。逆に、互いに接触せずに単独で成長した植物では、アントシアニンレベルが著しく高く、より深刻な被害が発生しました。ミトラー氏によると、植物の1つに刺激やストレスを与えると、接触したすべての植物に信号が送信され、「タッチネットワーク」全体の個体がより寛容になるという。
早ければ2022年には、植物同士が接触すると地上部間で電気信号を伝達できることが研究で証明されている。これに基づいて、この研究はさらに、植物のストレス耐性を高めるには、単なる「接触」だけで十分なのでしょうか？研究チームはそのメカニズムを解明するため、化学シグナルを正常に伝達できなくなる遺伝子改変変異体を導入し、シグナルを送る「送り手」、中間の「仲介者」、末端の「受信者」の3つの植物からなる「シグナルチェーン」を設計した。
中間植物を野生型に置き換えると、最終受容体は軽いストレスから保護されるようになった。中間体が欠陥のある突然変異体に置き換えられると、末端植物はこの保護層を失い、接触間の化学シグナル伝達がストレス耐性の強化に重要であることを示した。この実験計画は、過酸化水素の重要な役割も示しています。関連する分泌は、植物個体群の耐性を向上させる上で中心的な関係であると考えられています。
伝統的な見方では、植物は空間、光、栄養素をめぐって競合する、むしろ競争関係にあると考えられています。ミトラーは、進化の「トレードオフ」の観点を提案しました。多くの捕食者と高い環境圧力が存在する状況では、集団で成長し、物理的接触を維持することが、全体的な生存力の強化につながる可能性があります。プレッシャーがほとんどなく、リソースが十分にある理想的な環境では、一人で成長することで、個人がリソースを最大限に活用することができます。
この研究に参加したコーネル大学の植物生物学者ピユシュ・ジェイン氏は、この研究で採用された実験計画は「思慮深く独創的」であり、まだ比較的知られていない地上植物間のコミュニケーション経路をさらに探索するのに役立った、とコメントした。同氏は、この設計が長年の疑問、つまり過剰な光ストレスに耐える植物の能力において化学信号と電気信号が果たす役割についての答えであると指摘した。
この研究はまだプレプリントの段階にあり、その結論はさらに独立した実験によって検証される必要があるが、植物が環境ストレス下でどのように「互いに支え合う」のかについて新たな手がかりを提供した。関連するメカニズムがさらに解明されると、人々は農作物の植栽や作物の配置において、植物間の接触によってもたらされる「自然の共同防御システム」をより意識的に利用できるようになるかもしれません。