著者の所属・活動拠点の国は、ロシア、ドイツです。

掲載誌：BMC Plant Biology

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

高温や乾燥は作物の収量を制限する主な環境要因です。著者らによると、熱ストレスへの反応を分子レベルで調べた研究は多いものの、その多くは温室や栽培室で短期間だけストレスを与えた実験です。その知見は、いくつもの負荷が同時に、しかも絶えず変化しながらかかる畑の作物には当てはめにくいとされています。

そこで研究チームは、白菜やカブを含む植物種ブラッシカ・ラパ（Brassica rapa）を気候の大きく異なる畑で育てました。そして、葉の中のたんぱく質の顔ぶれと量（プロテオーム）が場所ごとにどう変わるかを調べ、その土地への適応にどのたんぱく質が関わるかを明らかにしようとしました。

何を、どのように調べたか

材料は、遺伝資源バンクに保存されているブラッシカ・ラパ12系統です。内訳は白菜7系統、パクチョイ2系統、根を食べるカブ3系統で、日本、韓国、中国、ロシア、オランダ、ドイツ、フィンランドなど幅広い地域に由来します。どの系統もとう立ち（早期の開花）を起こしにくく、北極圏に近い地域でも食用部分を作ることができます。

2021年の栽培期に、緯度の異なる3か所の畑で育てました。北緯68度台のムルマンスク州（亜寒帯の条件）、北緯59度台のサンクトペテルブルク近郊（温帯の条件）、北緯44度台のマイコープ（亜熱帯の条件）です。各地で1区30株を3反復で播種しました。系統と畑の組み合わせごとに、5株の葉を合わせた試料を3つずつ作りました。

葉のたんぱく質は質量分析で網羅的に測り、気候・系統・作物タイプの影響を統計モデルで比較しました。あわせて、カロテノイド、糖、アミノ酸、有機酸、グルコシノレートなどの成分データとの関連も調べました。これらの成分データは、同時期に行われ、すでに発表された調査のものです。グルコシノレートはアブラナ科植物が持つ身を守るための化合物で、葉が傷つくと分解されて働きます。

このほか、各地で2種のガの幼虫（コナガとヨトウガ）による葉の食害を0〜4の5段階で評価しました。また、3か所で降水量が違ったため、パクチョイを栽培室で育て、水やりの量を5段階に変えてグルコシノレート量への影響を確かめました。

主な報告結果

葉のたんぱく質は5,640種類が同定・定量されました。全体の傾向を見る解析では、たんぱく質の構成は育った畑によって強く分かれました。温帯の畑の植物は他の2か所より系統間のばらつきが大きく、なかでもカブは他の作物タイプと離れたまとまりを作りました。研究チームは追加の検証で、この畑ごとの分かれ方が統計上の見かけではないことを確かめたと報告しています。

エネルギーを生み出す細胞呼吸に関わるたんぱく質も、畑によって変わりました。亜寒帯の畑では、細胞質で糖を分解する解糖系のたんぱく質が最も多くなりました。凍結への耐性に関わるCOR15Bや、寒さへの適応に重要とされるミトコンドリアのたんぱく質の一つも、亜寒帯の畑で多く見られました。亜熱帯の畑では、解糖の過程で生じる有害な副産物を取り除くたんぱく質が増えていました。一方、TCA回路などのたんぱく質は、畑の違いよりも系統ごとの違いが目立ちました。

植物ホルモンに関わるたんぱく質にも、場所ごとの違いがありました。亜寒帯の畑では、エチレンの代謝に関わるたんぱく質が少なくなりました。逆に、サイトカイニンの代謝に関わるたんぱく質と、アブシシン酸（ABA）の受容体が多くなりました。成長を促すジベレリンで調節されるたんぱく質は温帯の畑で、オーキシンで調節されるたんぱく質は亜熱帯の畑で最も多く見られました。

グルコシノレートを作るたんぱく質は、亜寒帯の畑で最も少なくなりました。種類別に見ると、脂肪族グルコシノレートを作るたんぱく質は温帯の畑で、インドール系グルコシノレートを作るたんぱく質は亜熱帯の畑で多くなりました。一方、グルコシノレートの分解に関わる31種類のたんぱく質には、畑ごとの違いが見られませんでした。栽培室で水やりの量を変えたパクチョイでは、総グルコシノレート量が乾物1グラムあたり7.9〜10.4マイクロモルの範囲にとどまり、水やりの量による有意な差はありませんでした。

ガの幼虫による食害は、コナガでは温帯（平均2.6）、亜熱帯（2.4）、亜寒帯（1.7）の順に大きくなりました。ヨトウガでは温帯（2.24）、亜熱帯（1.1）の順で、亜寒帯では食害が記録されませんでした。

3か所の間でたんぱく質の量がどれだけ変わるかを示す可塑性（環境に応じて変化する度合い）の指標は、系統によって0.660から0.741まで幅がありました。白菜の系統は高い側に、カブの3系統は最も低い側に集まりました。

この報告が示すこと

研究チームは、ブラッシカ・ラパが寒冷・温帯・亜熱帯の環境に応じて、細胞呼吸、植物ホルモン、グルコシノレート合成に関わるたんぱく質を大きく組み替えていると結論づけています。カブで可塑性が低かったことについては、貯蔵器官を太らせる性質が選抜されてきた結果かもしれないと考察しています。葉を食べる作物では、温度や日長の違いに合わせて葉を育てるため、より柔軟な変化が必要なのかもしれないとも述べています。

著者らは、緯度の異なる畑を比べる方法が、遺伝子レベルの研究資源が限られる作物でも適応の仕組みを探る手がかりになるとしています。たんぱく質の網羅的な解析は、仕組みを解明するための仮説を立てる有力な手段だと位置づけています。

ただし、土壌、局地的な気象、微生物や害虫との関係は実験的に操作されておらず、地理や気候の影響と切り分けられていません。気候条件ごとに畑が1か所しかないため、温度や光といった個々の要因がたんぱく質の変化にどう効いたかを特定することは、現時点ではできないとしています。食害の結果も、作物タイプごとの系統数がそろっていないため傾向として扱うべきだとされています。グルコシノレートに対する温度や光の影響は、今後さらに調べる必要があると述べられています。

原著論文の著者・所属：Anastasia B. Kurina（N.I.Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources (VIR), St. Petersburg, Russian Federation）、Franziska S. Hanschen（Chair of Phytonutrient Management, Institute of Food Technology and Food Chemistry, Technische Universität Berlin, Kaiserin-Augusta-Allee 14, 10553, Berlin, Germany; Leibniz Institute for Horticultural Sciences (IGZ), Theodor-Echtermeyer- Weg 1, 14979, Großbeeren, Germany）、Khabat Vahabi（Leibniz Institute for Horticultural Sciences (IGZ), Theodor-Echtermeyer- Weg 1, 14979, Großbeeren, Germany）、Vanda Púčiková（Leibniz Institute for Horticultural Sciences (IGZ), Theodor-Echtermeyer- Weg 1, 14979, Großbeeren, Germany）、Anna M. Artemeva（N.I.Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources (VIR), St. Petersburg, Russian Federation）、Katja Witzel（Leibniz Institute for Horticultural Sciences (IGZ), Theodor-Echtermeyer- Weg 1, 14979, Großbeeren, Germany. [email protected]）

※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）：Anastasia B. Kurina, Franziska S. Hanschen, Khabat Vahabi, et al. Field site-specific proteome remodeling under contrasting environmental conditions in Brassica rapa. BMC Plant Biology（出版社：BioMed Central） 2026-11-11. DOI: 10.1186/s12870-026-10380-5. 原著ライセンス：CC BY.