植物の栄養を制御する物質PIN2

オーストリア科学技術研究所の研究チームが、植物がどのように影響を糧にするかを調査しました。

研究で、植物が細胞の増殖や伸長に栄養を使用するかどうかは、オーキシンが深くかかわっている事がわかりました。

Nitrogen is one the most essential nutrients for plants. Its availability in the soil plays a major role in plant growth and development, thereby affecting agricultural productivity. Scientists at the IST Austria were now able to show, how plants adjust their root growth to varying sources of nitrogen. In a new study published in The EMBO Journal they give insights in the molecular pathways of roots adaptation.

参照元：https://ist.ac.at/en/news/a-plants-way-to-its-favorite-food/
– オーストリア科学技術研究所 Institute of Science and Technology Austria. January 5, 2021 –

他の植物と同様に、シロイヌナズナやマウスの耳のクレスは、生き残り、繁栄するために窒素を必要とします。

しかし、トウモロコシ、豆、テンサイのように、硝酸塩の形の窒素を好み、硝酸塩が豊富な土壌でよりよく育ちます。

一方、例えば松や米は、主要な主要栄養素である窒素の別の形態であるアンモニウム栄養で優先的に成長します。

さまざまな形態の窒素の濃度または利用可能性が変動する場合、植物は迅速に適応する必要があります。

発生生物学者でオーストリア科学技術研究所（IST）の教授であるEvaBenková氏に尋ねます。

「最も重要な質問の1つは、窒素の利用可能性への適応における植物ホルモンの役割は何ですか？植物内の機械は変化する環境にどのように対処しますか？」

答えを求めて、EvaBenkováの研究チームのポスドクであるKrisztinaÖtvösは、UniversidadPolitécnicadeMadrid、Pontifical Catholic University of Chile、Austrian Institute of Technology、University ofMontpellierの同僚とともに2つの極端な点を検討しました。

彼らは、科学者がアンモニウムまたは硝酸塩のいずれかを含む培地にそれらを移した後、アンモニウムのみで育てられたアラビドプシスの苗木がどのように反応したかを比較しました。

植物が次善の土壌に住んでいる場合、それはより適切な形の窒素に到達するために可能な限りその根の成長を維持しようとします。

根の成長を維持する主なプロセスは、分裂組織での細胞増殖、未分化細胞からなる植物組織、および細胞増殖です。

植物はこれら2つの間の良いバランスを見つける必要があります。

アンモニウムが供給されると、シロイヌナズナの窒素の形態はそれほど好きではなく、クレスの分裂組織ゾーンはより少ない細胞を生成しました。

代わりに、それらは非常に速く伸びました。

ベンコバ氏は話します。

「植物を硝酸塩に移すと、突然分裂組織が大きくなり、より多くの細胞が生成され、細胞増殖の速度が異なりました。今では、シロイヌナズナは細胞分裂により多くのエネルギーを投入し、その根の成長を異なる方法で最適化する余裕があります。」

植物が細胞増殖または細胞伸長に投資するかどうかは、オーキシンのレベルによって指示されます。

この植物ホルモンは、すべての発達過程に不可欠です。

それは、特別なオーキシン輸送体によって、ある細胞から次の細胞へと非常に制御された方法で輸送されます。

細胞からのオーキシンの輸送を制御するタンパク質、いわゆる排出担体は、細胞のどちら側に座っているかに応じてオーキシンの流れを調節します。

ベンコバ氏と彼女のチームは、根端でオーキシンの流れを仲介するオーキシントランスポーターPIN2に特に興味を持っていました。

研究者たちは、細胞分裂と細胞伸長のバランスをとるための主な要因としてPIN2を特定することができました。

ベンコバ氏は話します。

「植物を硝酸塩に移すと、PIN2の局在が変化することを観察しました。これにより、オーキシンの分布が変化します。」

一方、PIN2の活性は、そのリン酸化状態の影響を受けます。

ベンコバ氏は補足します。

「私たちを本当に驚かせたのは、排出担体のような大きなタンパク質のリン酸化という1つの修飾が、根の挙動に非常に重要な影響を与える可能性があることでした。」

さらに、リン酸化の標的であるPIN2のアミノ酸は、多くの異なる植物種に存在し、PIN2が窒素源の変化に対する他の植物種の適応戦略に普遍的に関与している可能性があることを示唆しています。

次のステップでは、研究者はリン酸化状態の変化を制御する機構を理解したいと考えています。

ベンコバ氏は話します。

「本研究は、細胞生物学者やコンピューター科学者から高度な顕微鏡検査に携わる人々まで、さまざまな人々の意見を取り入れた結果です。これは本当に学際的なアプローチです。」

たとえば、シロイヌナズナのルーツ内のプロセスを詳しく調べるために、生物学者は垂直共焦点顕微鏡を使用しました。

これは、研究者のニーズに合わせてISTオーストリアで特に適合されたツールです。

水平ステージの代わりに、顕微鏡は垂直ステージを使用します。

これにより、重力係数に沿って、自然に植物の成長を観察できます。

その高解像度で、ベンコバ氏と彼女のチームは、シロイヌナズナの根の中の細胞がどのように分裂し、拡大しているかをリアルタイムで観察することができました。

以前のプロジェクトでは、ISTオーストリアの研究者がニコンを獲得しました。