無視されてきた植物分子、実は宝物

無視されてきた植物分子、実は宝物

ソークの研究者らは、かつては生物学的行き止まりと考えられていた植物分子が、今ではより丈夫な植物の開発への新たな手がかりを提供していることを発見した

ラホヤ—この世で最も優れた自然化学者は科学者ではなく、植物です。 植物は、約 450 億 XNUMX 万年前に陸地に生息し始めて以来、豊富な小さな天然化学物質と受容体を進化させ続けてきました。

さて、ソーク研究所の科学者による研究は、11 年 2016 月 XNUMX 日付けの雑誌に掲載されました。 セル この研究は、フェーズ酸と呼ばれる、見落とされがちな小さな分子の予期せぬ役割を明らかにしている。この分子は歴史的に、植物における不活性な副産物、つまりある種の代謝の行き詰まりとして考えられてきた。 この新たな発見は、相酸とその受容体がおそらく共進化して、干ばつ耐性やその他の生存特性にとって重要なものとなったことを示唆しており、気候変動によってもたらされる自然災害を乗り切ることができる、より丈夫な新しい作物の開発に役立つ可能性がある。

「相酸は単なる不活性な傍観者ではなく、重要な役割を持つ植物ホルモンであるといういくつかのヒントがありました」とこの研究の上級研究者は言う ジョセフ・ノエル、アーサーおよびジュリー・ウッドロウ議長の保持者であり、ソークにあるジャック・H・スカーボールケミカルバイオロジーおよびプロテオミクスセンターの教授。 「しかし今回、一連の最先端の生物学的アプローチを使用することで、相酸が生存にとって重要である可能性が高いことを、より説得力を持って示しました。」

フェーズシン酸は、植物研究において重要な前駆体であるアブシジン酸またはABAの影に長い間存在してきました。 ABA はすべての陸上植物に存在する植物ホルモンで、環境ストレスや病原体に反応する鍵となり、特に植物に乾燥状態を警告します。 ABA は、果物や野菜に含まれる、ベータカロテンやリコピンなどのカロテノイドとの関連性でも知られています。

すべての天然の小さな分子と同様に、ABA は複雑な代謝経路を通じて生成され、単純な炭素ベースの構成要素を構造的に複雑な天然化学物質に変換し、集合的に大量の情報を伝達します。 一部の植物には、ABA の受容体が数個以上備えられており、それぞれが植物内でさまざまな機能を実行します。 しかし、マスターレギュレーターとしての役割とは逆説的ですが、ABA自体はそのすべての受容体に対して同等の優先性を持っているようで、これは植物の機能を微調整するのには理想的ではありません。

新しい研究で、ノエルのチームは、と呼ばれる一般的に研究されている植物を使用しました。 シロイヌナズナ そして、フェーズ酸を処理する酵素を欠き、事実上、大量のフェーズ酸を蓄積する品種が得られました。

研究グループが驚いたことに、植物は種子発芽のタイミングに変化を示し、水なしでも長期間生存できるようになった。 「このことは、おそらくフェーズ酸を不活性な分解生成物としてではなく、実際には他の植物ホルモンのように変化を引き起こす独自の能力を持った分子として考える必要があることを示唆しました」とノエルは言う。

科学者らは、植物ホルモンとしてのフェイズ酸の役割を指摘する一連の研究を実施し、例えば、通常の苗木にフェイズ酸を添加すると、重複する多数の特定の遺伝子、特に代謝酵素をコードする遺伝子の発現に変化が引き起こされることを示した。しかし、ABAによって活性化されるものとも異なります。

さらに、X線結晶構造解析と呼ばれる高解像度画像技術を使用して、研究グループは相酸がABAの受容体に結合していることを示し、ABAの受容体がABA以上のものを感知できるという証拠を固めた。

新しい研究は、生物がどのように少量の化学物質を利用してさまざまな異なる反応を引き起こすかについて、より複雑な隠蔽が存在する可能性があることをより広範に示唆している。 進化は代謝の他のいわゆる最終産物を再利用した可能性があるとノエル氏は言う。

この研究の筆頭著者であるJing-Ke Weng氏は、以前はノエル氏の研究室で博士研究員を務めていたが、マサチューセッツ工科大学のホワイトヘッド生物医学研究研究所と生物学部内に独立した研究グループを設立し、これまで評価されていなかった役割を持つ植物化学物質の研究を継続する予定である。 。 「私たちは、さまざまな植物のホルモン、その代謝産物、および受容体との集合的な相互作用の複雑さを発見し、理解したいと考えています」とウェン氏は言います。

ノエルのチームは植物の根におけるホルモンの役割を研究する予定です。 相酸とABAは、植物の葉や茎から炭素を根に移動させて、干ばつや越冬、土壌中の病原菌の攻撃中にそれらを保護する役割を果たしているという証拠がある、とノエル氏は言う。 「植物生物学のこの分野を理解することは、気候変動を緩和する方法について考える新しい方法を提供します。」

この研究は次の支援を受けました。 National Science Foundation、パイオニア財団、 ピュー慈善信託 サール奨学生プログラム と ハワードヒューズメディカルインスティチュート.

この研究の他の著者は、ソーク研究所のMingli Ye氏とカリフォルニア大学サンディエゴ校医学部のBin Li氏です。