2001 年 11 月 16 日
カリフォルニア州ラホーヤ – この種の初の世界規模の調査で、ソーク研究所の科学者たちは、異なる緯度で生育する植物が光にどのように反応するかを制御する遺伝子スイッチを単離した。 この変化により、たとえば、極地に近い北部気候の植物は、赤道に近い植物よりも光に敏感であることがわかります。
科学者らは、この発見は農作物の成長を微調整し、収量を増やすのに役立つ可能性があると述べている。
「光が集中する地域の植物が、薄暗い地域の植物と同じくらい光に敏感であれば、苗木は土壌に浸透する前に葉を展開し始めるでしょう」とソーク教授は述べた。 ジョアン・チョリー、研究の筆頭著者であり、Nature Geneticsの最新号に掲載されています。 「これらの植物は決して光に届かず、地中で早期に枯れてしまうでしょう。」
「光感度を微調整するためのメカニズムが存在するはずであることはわかっていましたが、それがどのような形になるかはわかりませんでした」と共著者であるソーク大学のデトレフ・ヴァイゲル准教授は語った。
チョリーとワイゲルは、アメリカ南西部からスウェーデンに至る地域から収集されたシロイヌナズナの141種類の変異を調査する比較調査を主導した。 シロイヌナズナは小さなカラシ科の植物で、植物研究コミュニティの「実験用ネズミ」として採用されています。
141 株すべてを暗所および標準化された光条件下で種子から生育させました。 予想通り、暗闇での挙動は品種間で同様でした。 すべての植物は発芽しましたが、「黄化」した葉は茎の近くに押し込まれたままであり、葉緑体の発達は保留されたままでした。
「光は『脱黄化』、つまり葉を広げて葉緑体を生成し、光合成を開始できるようにします」とチョリー氏は言う。 「そのプロセスが起こると、胚軸である胚軸の伸長が止まります。」
したがって、チョリーらは、光を一定に保ち、茎の長さを調べることによって、さまざまな株の光に対する感受性を比較することができた。
「より感受性の高い株はより早く成長を停止し、より短い胚軸長を示すでしょう」とワイゲル氏は述べた。 「これは光に対する感受性を定量的に測るのに適した尺度です。」
研究チームは、予想通り、茎の長さと原産地緯度との間に相関関係があることを発見した。 北方気候からの株は光に対してより感受性が高く、南緯から収集された株よりも茎の長さが短くなっていました。
次に、研究者らは、分割された光、特に青、赤、赤外光の下で植物を育てることによって、感受性の性質に関する手がかりを探しました。
「植物は、さまざまな波長の光に応じて、特定の光受容体（光を検出する分子）を使用します」とチョリー氏は述べています。 「したがって、特定の波長に対する感受性の違いを発見できれば、特定の光受容体経路を示すことができるでしょう。」
菌株はさまざまなパターンを示しましたが、フランスのル・マン産の Lm-2 と呼ばれる菌株は、比較に使用した標準的な実験室菌株よりも遠赤色光に対する感受性が約 2 倍低かったです。 Lm-XNUMX は、その光受容体遺伝子 PHYA (フィトクロム A) に変異があり、その結果、受容体タンパク質の単一アミノ酸が変化することが判明しました。
「同じ種内の植物が、非常に多様な光環境で生育できることは注目に値します。 これらの株の違いの分子基盤を理解することで、植物がどのように成長と発育を最適化するかについての知識が大幅に進歩するでしょう」とチョリー氏は述べた。
「そのような知識は作物に応用すると非常に役立つ可能性がある」と彼女は付け加えた、「特に原産地外で植物を栽培する場合には」。
「シロイヌナズナの光感受性の自然変動」と呼ばれるこの研究は、ソークの共著者であるジュリン・マルーフ氏、ジャスティン・ボレヴィッツ氏、ツェゲイ・ダビ氏、ジェイソン・ルーツ氏、ラムラー・ネーリング氏、ジョアンナ・レッドファーン氏、ガブリエル・トレーナー氏、ジャンヌ・ウィルソン氏と共同で行われた。 他の機関からの著者には、埼玉県理化学研究所の浅見忠夫氏、カリフォルニア大学サンディエゴ校のチャールズ・ベリー氏などが含まれます。 この研究には、国立衛生研究所、ハワード・ヒューズ医学研究所、トーリー・メサ研究所/シンジェンタの資金提供を受けた。 マルーフはヘレン・ヘイ・ホイットニー・フェローシップによって支援されています。 チョリーはハワード・ヒューズ医学研究所の研究員です。
カリフォルニア州ラホーヤにあるソーク生物学研究所は、生命科学における基礎的な発見、人間の健康と状態の改善、将来世代の研究者の育成に特化した独立非営利機関です。 この研究所は、サンディエゴ市からの土地の寄贈とマーチ・オブ・ダイムズ先天異常財団の資金援助を受けて、ジョナス・ソーク医師によって 1960 年に設立されました。
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