1772635006
2026-03-04 14:00:00
植物の成長は、栄養素へのアクセスの改善や病原体からの保護など、植物の根で重要な役割を果たしながら、互いに競合および協力する何百万もの小さな土壌微生物によって支えられています。土壌微生物は代謝の副産物として、亜酸化窒素、つまり N を生成することもあります。2O は、気候への影響について主に研究されている強力な温室効果ガスです。いくつかのN2Oは自然に発生しますが、施肥やその他の要因によりその生産量が急増することがあります。
亜酸化窒素は生物と有意な相互作用をしないと長い間信じられてきたが、MITの2人の研究者による新しい論文は、亜酸化窒素が実際に微生物群集を形成し、一部の細菌株を他の細菌株よりも増殖しやすくする可能性があることを示している。
亜酸化窒素によって破壊される生物学的プロセスの蔓延に基づいて、研究者らは、配列決定されたゲノムを持つすべての細菌の約30パーセントが亜酸化窒素毒性の影響を受けやすいと推定しており、この物質が植物の成長に影響を与える複雑な微生物生態系において重要かつ過小評価されている役割を果たしている可能性があることを示唆している。
研究者らは、 調査結果を発表した 今日は mBio、米国微生物学会の雑誌。研究室での発見が農業現場に持ち込まれれば、水やりや施肥など作物を亜酸化窒素の急増にさらす農家の日常業務のやり方に影響を与える可能性がある。
「この作品はNを示唆しています2「農業環境におけるOの生産は、植物の健康のために注意を払う価値があります。」と筆頭著者で博士課程の学生フィリップ・ワッソンとともに論文を執筆した主著者のダーシー・マクローズ氏、マサチューセッツ工科大学トーマス・D・バージニア・W・キャボットキャリア開発教授は述べています。これはNに対する新たな打撃となる可能性がある2気候への影響に加えて。さらに研究を進めれば、N のタイミングがどのように決まるのかが理解できるかもしれません。2O の生産はこれらの微生物の関係に影響を与え、そのタイミングを管理して作物の健康状態を改善できる可能性があります。」
有毒ガス
亜酸化窒素が人体のビタミンB12を不活性化する可能性があることに研究者が気付いた数十年前に、亜酸化窒素が有毒であることが示されました。それ以来、オゾンを破壊する可能性のある長寿命の温室効果ガスとして主に注目を集めてきました。しかし、農業環境に関して言えば、ほとんどの人は、植物の根の周囲の土壌、つまり根圏と呼ばれる領域で成長する生物とは相互作用しないと考えてきました。
「一般に、N は次のような仮定があります。2O は、特定の状況では有毒である可能性があることを示したこれまでの発表された研究にもかかわらず、まったく有害ではありません」と、2022 年に土木環境工学部の教員に着任したマクロローズ氏は言う。「人々はその理解を根圏の微生物群集にまで広げていません。」
いくつかの研究では、少数の微生物が亜酸化窒素に感受性を示すことが示されていますが、亜酸化窒素が植物の根の微生物群集の分布にどのような影響を与えるかについてはあまり知られていません。マクローズとワッソンは、その研究上のギャップを埋めようとしました。
彼らは、メチオニン生合成と呼ばれる、細胞が成長するために使用する普遍的なプロセスに注目することから始めました。メチオニン生合成は、B12 に依存する酵素によっても実行されますが、B12 に依存しない他の酵素によっても実行されます。多くの細菌は両方のタイプを持っています。
よく研究されている名前の微生物を使用する 緑膿菌研究者らは、B12に依存しない酵素を遺伝的に除去したところ、微生物が亜酸化窒素に敏感になり、自ら生成する亜酸化窒素によっても増殖が損なわれることを発見した。
次に研究者らは、植物から採取された合成微生物群集を調べた。 シロイヌナズナ、多くの根ベースの微生物も亜酸化窒素に敏感であることがわかりました。感受性の高い微生物と亜酸化窒素を生成する細菌を組み合わせると、その増殖が妨げられました。
「これは、N が2「酸素を生成する細菌は、すぐ隣にいる細菌の生存に影響を与える可能性があります。」とワッソン氏は説明する これらの実験を総合すると、亜酸化窒素の生成により、メチオニンを生成するビタミン B12 に依存する土壌細菌の増殖が妨げられる可能性があるという研究者の疑念が裏付けられた。
「これらの結果は、亜酸化窒素生産者が微生物群集を形成していることを示唆しています」とマクローズ氏は言う。 「研究室では、結果は非常に明確であり、その研究は単一の生物を観察するだけではありません。共培養実験は野外での研究と同じではありませんが、強力なデモンストレーションになります。」
研究室から農場へ
農場では、窒素肥料の添加、降雨、雪解けなどにより、土壌に亜酸化窒素のスパイクが数日から数週間発生するのが一般的です。研究者らは、研究室での実験は、亜酸化窒素が農業現場の微生物群集にどのような影響を与えるかを理解するための第一歩にすぎないと警告している。
ワッソン氏はこの論文を概念実証と呼び、次は農地土壌を研究する予定だ。
「農業環境では、N2O は歴史的に高い値でした。」とワッソン氏は言います。2ゲノム配列決定研究による O 曝露。ここでは、付着している微生物のみが N に敏感ではありません。2O. これは明らかな次のステップです。」
マクローズ氏は、この研究結果は研究者や農家が亜酸化窒素について考える新たな方法につながる可能性があると述べている。
「この事件で重要かつ興味深い点は、あるバージョンの酵素を持つ微生物が N に敏感になるだろうと予測していることです。2O と、異なるバージョンの酵素を持つ人は感受性が低いでしょう」とマクローズ氏は言います。2O はゲノム内容に基づいて特定の種類の生物を選択する予定ですが、これは非常に検証可能な仮説です。」
この研究は、MIT 研究支援委員会と MIT 健康・生命科学連携大学院フェローシップ (HEALS) によって部分的に支援されました。
#肥料使用の生成物である亜酸化窒素は一部の土壌バクテリアに害を及ぼす可能性がありますマサチューセッツ工科大学ニュース