植物は非常に細長く、葉の 7 枚 XNUMX 枚に日光が当たるように曲がっています。 この現象を何世紀にもわたって観察しているにもかかわらず、科学者はそれを完全には理解していません。 現在、ソーク研究所の科学者は、植物が日陰にあり、同時に高温にさらされている場合、XNUMX つの植物因子 (タンパク質 PIFXNUMX と成長ホルモンのオーキシン) が成長を促進することを発見しました。 研究所の公式ウェブサイト.
29 年 2022 月 XNUMX 日に Nature Communications 誌に掲載されたこの調査結果は、科学者が、地球温暖化が作物に損害を与えているにもかかわらず、植物が気候変動にどのように反応し、収量を増加させるかを予測するのに役立ちます。
「現在、私たちは特定の密度で作物を栽培していますが、気候変動に応じて植物の成長を最適化するには、その密度を下げる必要があることを結果は示しています」と、ソーク研究所の植物分子ディレクターである上級著者の Joanne Chory 教授は述べています。細胞生物学研究所とハワード、ヒューズ医学研究所の研究者。 「植物が光と温度にどのように反応するかの分子基盤を理解することで、植え付け密度を微調整して最高の収量を生み出すことができます。」
発芽中、苗木は茎を素早く伸ばして土壌を突き破り、できるだけ早く日光を取り込みます。 通常、茎は日光に当たると成長が遅くなります。 しかし、植物が日光を求めて周囲の植物と競合したり、気温の上昇に応じて熱い地面と植物の葉の間の距離を広げたりすると、茎はすぐに再び伸びることがあります. 日陰と高温の両方の環境条件が茎の成長を刺激しますが、収量も減少します。
この研究では、科学者は日陰と暖かい温度で同時に成長する植物を比較しました。これは、高密度の植栽と気候変動を模倣する条件です。 科学者たちは、モデル植物であるシロイヌナズナと、トマトとタバコの近縁種を使用しました。これは、XNUMX つの植物種すべてがこれらの環境条件によって等しく影響を受けるかどうかを確認することに関心があったためです。
研究者チームは、7 種すべてで、近隣の植物が作る日陰を避けようとし、同時に高温にさらされると、植物が非常に大きくなることを発見しました。 分子レベルでは、研究者らは、遺伝子のオンとオフを切り替えるのに役立つタンパク質であるPIF7転写因子が成長を促進することを発見しました. 彼らはまた、成長ホルモンであるオーキシンのレベルが、作物が隣接する植物を見つけると増加し、同時により高い温度に反応して成長を促進することも発見しました. この相乗的なPIFXNUMX-オーキシン経路により、植物は環境に反応し、最適な生育条件を求めて適応することができました。
関連する転写因子である PIF4 も、高温で茎の伸長を刺激しました。 しかし、日陰と気温の上昇が相まって、この要因はもはや重要な役割を果たしませんでした。
「PIF4が重要な役割を果たしていないことを発見して驚いた.以前の研究では、関連する成長状況におけるこの因子の重要性が示されていたためだ.イスラエル火山研究所の農業研究組織。 「PIF7 がこのプラントの主要な成長ドライバーであるという事実は本当に驚きでした。 この新しい知識により、さまざまな作物の成長反応を微調整して、気候変動に適応できるようにしたいと考えています。」
研究者らは、PIF7 とオーキシンの効果を増幅する、まだ発見されていない別の要因があると考えています。 彼らは、将来の研究でこの未知の要因を探ることを望んでいます. Berko の研究室では、この経路を作物で最適化する方法も研究します。
ソーク植物利用イニシアチブの共同リーダーであり、植物生物学のハワード H. およびマリアム R. ニューマン議長であるチョリは、次のように述べています。 「私たちは、高温での植物の成長を調節する重要な要因を特定しました。これは、将来の世代を養うために、より生産的な作物を育てるのに役立ちます.」