著者の所属・活動拠点の国は、中国です。

掲載誌：Horticulturae

ライセンス: CC BY 4.0　対象: 公開論文　確認元: 論文PDF

酸性土壌のアルミニウム害とEBRへの関心

酸性の土壌では、アルミニウムがイオンとして溶け出し、作物の根の伸びを妨げることが知られています。論文によると、アルミニウムのストレスは、細胞を傷つける活性酸素の過剰な蓄積も招きます。植物の対抗手段の一つは、根からリンゴ酸やクエン酸などの有機酸を出し、アルミニウムを包み込んで害の少ない形に変える仕組みです。

24-エピブラシノライド（EBR）は、植物ホルモンの一群であるブラシノステロイドに似た働きを持つ物質です。植物のさまざまなストレス応答に関わることは知られていましたが、中国で重要な特産作物であるマクワウリ（オリエンタルメロン）のアルミニウム耐性にどう関わるのかは、よく分かっていませんでした。論文によると、メロンは他の作物と比べてアルミニウムに弱い作物です。

研究チームは品種「玉美人（Yumei Ren）」を使い、二つの点を調べました。一つは、外からEBRを与えるとアルミニウムの害が和らぐかどうかです。もう一つは、ブラシノステロイドの信号を伝える中心的な転写因子CmBES1-6が、リンゴ酸の放出に関わる遺伝子群とつながっているかどうかです。転写因子とは、ほかの遺伝子の働きを調節するタンパク質のことです。

水耕栽培で確かめたEBRの効果

研究チームは苗を水耕栽培し、pH4.0に調整した培養液に100µMの塩化アルミニウムを加えて14日間育てました。EBRは0.01、0.1、1µMの3段階の濃度で培養液に加え、EBRを加えない場合と比べました。

アルミニウムを与えると、根の伸びが強く抑えられました。報告によると、アルミニウムを含まない対照の根の長さは13.4cmでしたが、アルミニウムだけを与えた苗では10.8cmでした。0.01µMのEBRを加えた苗では11.5cmとなり、根の重さや根の活力も改善しました。一方、1µMの高濃度では根の長さが9.23cmとなり、害はかえって強まりました。著者らは、この結果をブラシノステロイドでよく知られる「濃度によって効果が逆転する反応」と一致すると述べています。

アルミニウムに反応して色がつく染色を行うと、アルミニウムを与えた根の先端は濃く染まりました。0.01µMのEBRを加えると、染まり方が弱まりました。根から出る有機酸を測ると、アルミニウムのストレスでシュウ酸、リンゴ酸、クエン酸の放出がいずれも増えました。そのうえでEBRがさらに有意に増やしたのはリンゴ酸だけでした。研究チームは、EBRによる害の軽減は主にリンゴ酸の放出によるもので、根の組織にアルミニウムが入りにくくなる可能性があると考えています。

転写因子CmBES1-6の役割

遺伝子の働きを調べると、CmBES1-6はアルミニウムのストレスで働きが強まり、EBRを加えるとさらに強まりました。そこで研究チームは、ウイルスを利用して特定の遺伝子の働きを抑えるVIGSという手法で、CmBES1-6の働きを弱めた株を作りました。

通常の条件では、この株に目立った違いはありませんでした。しかしアルミニウムを与えると、比較用の株より生育が悪くなりました。根の先端は濃く染まり、根の活力も低下しました。リンゴ酸の放出もはっきり減りましたが、クエン酸とシュウ酸の放出は変わりませんでした。さらに、リンゴ酸の輸送や調節に関わるとされるCmALMT7、CmALMT8、CmALMT12、CmSTOP3、CmSTOP5の5つの遺伝子は、働きが低下していました。これは通常の条件でも、アルミニウムのストレス下でも同じでした。一方、同じCmBESの仲間であるほかの5つの遺伝子には、大きな変化がありませんでした。

研究チームは酵母を使った実験も行いました。その結果、CmBES1-6はCmSTOP3およびCmSTOP5のタンパク質と結合しうること、そして両遺伝子の働きを調節する領域に結合しうることが示されました。一方、CmALMT類のタンパク質との結合は検出されませんでした。

提案された仕組みとその位置づけ

これらの結果から、著者らは作業仮説として次の流れを示しています。EBRによってCmBES1-6の働きが高まり、CmBES1-6がCmSTOP3/5を介してリンゴ酸の放出に関わる遺伝子に影響を与えるというものです。ただし著者ら自身が強調するように、結合を示した実験は酵母の中で行ったものです。メロンの根の細胞で同じことが起き、実際に遺伝子が活性化されるのかは、まだ確かめられていません。CmALMT類の働きの低下がCmSTOP3/5を介して起きているかどうかも、まだ分かっていません。

それでもこの研究は、低い濃度のEBRがマクワウリの根のアルミニウム害を和らげることを示しました。またその過程で、リンゴ酸の放出と転写因子CmBES1-6が関わっていることも示しました。植物ホルモンの信号とアルミニウムへの防御反応の結びつきについて、具体的な手がかりを与える報告といえます。

原著論文の著者・所属：Qiang Chen（College of Life Science, Shenyang Normal University, 253 Huanghe North Street, Huanggu District, Shenyang 110034, China）、Yukun Yu（College of Life Science, Shenyang Normal University, 253 Huanghe North Street, Huanggu District, Shenyang 110034, China）、Qianwei Xu（College of Life Science, Shenyang Normal University, 253 Huanghe North Street, Huanggu District, Shenyang 110034, China）、Xutong Wu（College of Life Science, Shenyang Normal University, 253 Huanghe North Street, Huanggu District, Shenyang 110034, China）、Chong Zhang（College of Life Science, Shenyang Normal University, 253 Huanghe North Street, Huanggu District, Shenyang 110034, China; Department of Horticulture, College of Horticulture, Jilin Agricultural University, Changchun 130118, China）

※本記事は原著論文をもとに、日本語で要約・説明を加えた研究紹介です。 出典（原著論文）：Qiang Chen, Yukun Yu, Qianwei Xu, et al. Exogenous 24-Epibrassinolide Enhances Aluminum Tolerance in Oriental Melon (Cucumis melo var. makuwa), Involving a CmBES1–6–CmSTOP3/5 Regulatory Module. Horticulturae 2026-08-06. DOI: 10.3390/horticulturae12080978. 原著ライセンス：CC BY.