植物はストレスに耐えるために自らの成長を一時停止する

科学者たちは、ストレスを受けた植物細胞内で急増し、それなしでは生きていけない成長経路を急速に遮断する単一の分子を特定した。この研究は、成長阻害を積極的な生存反応として再構築し、より丈夫な作物を形作る可能性のある隠れた制御システムを指摘しています。成長が停滞する場所 葉の細胞内では、重要な酵素の 1 つを無効にすると致命的になる可能性があるほど、重要な経路で速度の低下が定着しました。経路の化合物の変化を追跡することによって、カリフォルニア大学リバーサイド校のウィルヘルミナ・ファン・デ・ヴェン氏は、UCR⁠) は、成長が鈍化し始めたときに急上昇した単一の中間体を特定しました。この急増は細胞内にすでに存在する酵素を攻撃し、より遅い遺伝子応答が引き継がれる前に経路を遅くすることを余儀なくされました。これらの最初の瞬間がその後のすべてを形作ったため、プラントの即時の反応を理解することが重要になりました。ストレスを受けた葉の活動の急増明るい光と突然の熱により、植物は遺伝子活動を変化させる通常の経路よりも迅速な防御に依存するようになりました。既存の酵素は、ストレスを受けた葉の中で反応性の高い酸素分子である活性酸素分子が急増すると、ほぼ同時に活性を失った。「この種の対応は即時でなければなりません」とUCRの分子生化学の著名教授ケイティ・デヘシュ氏は言う。 新しいタンパク質の構築を待っていると時間がかかりすぎるため、すでに存在する化学が最初に引き継がれました。積み重なる化合物初期の手がかりは、生き続けているにもかかわらず異常に小さく成長した植物から得られました。これは、システムの速度が低下しているものの、壊れていないことを示しています。重要な手がかりは、経路内の 1 つの中間化合物が通常のレベルをはるかに超えて蓄積し始めたときに現れました。コンパウンドが先のステップをブロックし、内側から減速を引き締めた。そのループが現れると、謎は成長産物の不足から、経路自体が内部から遮断されることに変わりました。経路がどのように遅くなるかさらなる試験では、この化合物が上流の酵素が出発物質と通常結合する部位に定着し、その段階をブロックして経路を遅らせることが示された。そのブロックが開始点近くでヒットしたため、経路の残りの部分は、より長い変化が始まる前であってもすぐに供給を失いました。不安定なタンパク質や余分な物質により読み取り値が簡単に損なわれる可能性があるため、相互作用の確認には繊細な作業が必要でした。「すべてのコンポーネントを適切な条件下で連携させるには、多くの時間がかかりました」とファン・デ・ヴェン氏は語ります。植物の生存にかかるコスト 厳しい条件が依然として細胞損傷の脅威にさらされている間、即座の減速は成長に関連する分子の生産を削減することで植物を保護しました。その短い一時停止の後、第 2 段階では、新しい組織を構築するのではなく、長期にわたるストレスに対処する方向に内部リソースの方向を変えました。その反応から、より小さな植物が出現することがよくありましたが、それは成長遺伝子が消滅したからではなく、生存のためにエネルギーを別の場所に引き出し続けたからです。出力を向上させようとする試みは、急速な減速とその後の調整の両方を考慮する必要があるため、これら 2 つの段階を認識することが重要です。ブースターが失敗する理由作物技術者たちは長い間、この経路をさらに強化することで収量、干ばつ耐性、保護色素を向上させようと試みてきました。これらの取り組みの多くは、経路を急速に自己制限するのではなく、常に生産性のあるものとして扱ったため、つまずきました。1人の中間業者が数分以内に生産を削減できることを示すことで、新しい研究は科学者が介入しようとする可能性のある場所を変えます。より良いクロップデザインは、一定の出力を強制することよりも、減速の開始時と終了時の調整に依存する可能性があります。退職後の粘り強さ引退から 2 年後、ファン デ ヴェン氏はメカニズムを突き止める実験を完了するために UCR のプロジェクトに戻り続けました。経路の中間化合物は微量レベルで存在し、測定中に簡単に消えてしまうため、彼女の仕事は骨の折れる作業でした。「こんなに時間がかかるとは思わなかった」とファン・デ・ベン氏は語った。その粘り強さは、わずかな化学的手がかりを作物科学の使用可能な説明に変えたので、1 つの論文を超えて重要でした。植物の成長を超えた影響この経路のバージョンは植物の葉緑体で機能し、多くの 細菌、色素、ホルモン、防御に関連する化合物の構築を助けます。このより広い設置面積は、この迅速な化学的制御が突然の環境ストレスを生き抜くための一般的な戦略を反映している可能性があることを示唆しています。植物は、成長と保護をサポートする広範な分子を供給するため、この経路に依存してはるかに多くの生成物を生成します。この幅広さは、経路の改ざんが色、成長、ストレス耐性、その他の形質に一度に影響を与える理由を説明するのに役立ちます。ストレス後の植物の回復を助ける農場育種家やバイオテクノロジー者は現在、干ばつ、強烈な光、高温、その他の極端な状況に直面している作物に対するより明確な目標を持っています。将来の設計では、植物に常に強く成長するよう求めるのではなく、ストレスが緩和された後に植物がより早く回復するのを助けることができるかもしれません。同じ経路が最初に生存をサポートし、その後成長をサポートし、植物は依然として両方を必要とするため、この目標は依然として困難です。それでも、どこで減速が始まるかを知ることで、農業は試行錯誤よりも正確な出発点を得ることができます。最終的に、研究は植物が、被害が拡大する前に1つの内部化合物が成長を抑制することによって突然のストレスに耐えることを示しました。科学者がその抑制を壊すことなく調整できれば、作物はそれほど大きなサイズを失うことなく回復力を維持できるかもしれません。研究は雑誌に掲載されます 米国科学アカデミーの議事録。—–が提供する無料アプリ、EarthSnap で私たちをチェックしてください。 エリック・ラルズ そしてEarth.com。—– #植物はストレスに耐えるために自らの成長を一時停止する