研究室では、アンドリュー・オドネルは、針葉樹の茎の茎の樹脂からジテルペンを抽出します。バックグラウンドでは、針葉樹防衛プロジェクトグループの責任者であるアクセルシュミットと、生化学局長のジョナサンガーシェンゾン。クレジット：アンジェラオーバーマイヤー、マックスプランク化学生態学研究所
松、スプルース、モミなどの針葉樹は、昆虫や病原体から木を保護する粘着性樹脂を生成します。この樹脂の重要な成分は、樹皮と真菌を撃退する特別な天然物質、diterpenesです。これらの化合物を生成する酵素は、ジテルペンシンターゼと呼ばれます。
ドイツのイエナと米国アイオワ州エイオワ州のアイオワ州立大学にあるマックスプランク化学生態学研究所の研究チームは、これらの酵素が遠い過去に一度発生したか、最近では異なる針葉樹で独立して進化したかどうかを知りたいと考えていました。
仕事はです 公開 ジャーナルで 国立科学アカデミーの議事録。
「ジテルペンシンターゼはエキサイティングな酵素です。なぜなら、軽微な構造変化でさえ異なる化学製品を生産するからです。したがって、進化の過程で植物がこのような多様な防御物質を生産するために植物がどのように生産されたかを調査するのに理想的です」
酵素の進化的過去への旅
これらの酵素の進化的歴史を解明するために、チームは遺伝分析を実行して、祖先の祖先ジテルペンシンターゼを再構築し、研究室で研究しました。科学者は、これらの再構築された酵素を変更して、製品の変化方法を観察しました。
「酵素の生成物を決定するために、その遺伝子を細菌に移しました。細菌は酵素を産生しました。酵素を分離し、適切な出発材料を追加し、結果の生成物を最新の分析方法を使用して詳細に分析しました。
特定の祖先酵素の年齢を決定するために、研究者は多数のジテルペンシンターゼの配列と針葉樹種間の進化的関係を考慮する必要がありました。結果：今日の針葉樹樹脂にあるジテルペンのいくつかは、松、トウヒ、モミの木が現在の形で存在するずっと前に、3億年前に発生しました。しかし、他の重要なジテルペンは、いくつかの異なる樹種でより最近かつ独立して発達しました。
ゲルイメージングシステムの前にあるアンドリューオドネル。ゲル画像は、研究で調べた精製された先祖のテルペンシンターゼ酵素を視覚化します。クレジット：アンジェラオーバーマイヤー、マックスプランク化学生態学研究所
なぜ進化が時々非常に長い時間がかかることがあります
これにより、なぜこれらの化合物のいくつかが発達するのに非常に時間がかかったのかという疑問が生じました。このプロセスでは、エピスタシスと呼ばれる遺伝的メカニズムが中心的な役割を果たしました。他の変更が事前に発生した場合にのみ、新しい特性が出現します。
「植物が特定の物質を発達させる可能性は、数百万年にわたってゆっくりと増加し、その後、針葉樹が他の植物から分離された後、劇的に増加しました。これは、一部の植物グループが同じ特性を繰り返し発達させる理由を説明できます」
樹皮のカブトムシに対する保護
今日、針葉樹樹脂は古代と最近のジテルペンの混合物です。これらの最近の防御物質は、化石所見によってサポートされているように、樹皮のカブトムシがすでに存在していたときに発達した可能性があります。さまざまな進化の道をたどったにもかかわらず、松、トウヒ、モミの木は、おそらくこれらの害虫に対する防御として独立して同一のジテルペンを発達させたでしょう。古代と最近の防御物質のこのユニークなブレンドは、樹皮のような害虫などの現在の害虫をどれだけうまく覆うかにとって重要かもしれません。
「樹皮のカブトムシ攻撃など、樹皮の攻撃など、新しい課題に迅速に適応する能力は、進化の過程でその代謝ですでに発生した変化に依存します。この先史時代は、どの新しい特性が発達できるかを決定します。
研究者たちは現在、ジテルペンとジテルペンシンターゼの進化が、樹皮のカブトムシとそれに関連する真菌種の両方に対して、今日自分自身を守る木の能力にどのように影響したかを調査したいと考えています。カブトムシと菌の二重の脅威に対して最も効果的に防御するには、物質の混合物が必要である可能性があります。
詳細：
O’Donnell、Andrew J.、先祖のジテルペンシンターゼの好ましいエピスタシスは、針葉樹の樹脂酸前駆体の収束進化を促進しました、 国立科学アカデミーの議事録 （2025）。 doi：10.1073/pnas.2510962122。 doi.org/10.1073/pnas.2510962122
引用：2つの時代からのレシピ：針葉樹が敵を追い払う方法（2025年9月22日）から2025年9月22日
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