日本主導：この研究は、筆頭著者・責任著者、または著者の主要所属が日本の研究機関である研究です。

掲載誌：International Journal of Molecular Sciences

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

土の中に塩類がたまりすぎると、植物の体内の水分や塩類のバランスが乱れ、コムギの生育や収量が落ちます。また、塩ストレスでは活性酸素と呼ばれる反応性の高い分子が増え、細胞膜が傷つくことも知られています。

植物を燃やした煙を水に溶かした「植物由来の煙溶液（PDS溶液）」については、これまでの研究で、2000 ppmの濃度で塩ストレス下のコムギの生育を促したと報告されていました。その仕組みとしては、エネルギー代謝やフラボノイド代謝、核のタンパク質の変化が挙げられていました。研究チームは今回、細胞の膜にあるタンパク質に注目し、PDS溶液がコムギに塩ストレスへの耐性をもたらす仕組みを分子レベルで明らかにしようとしました。

何を、どのように調べたか

PDS溶液は、イネ科の植物Cymbopogon jwarancusaを密閉した炉でいぶし、その煙を蒸留水に通して作った濃縮液を薄め、2000 ppmで使いました。コムギ（品種：農林61号）を砂にまき、3日後に「処理なし」「塩（200 mMの塩化ナトリウム）」「PDS溶液」「塩とPDS溶液」の4条件で育てました。実験はそれぞれ3回以上、別の日に独立して行われました。

まず根から膜のタンパク質だけを取り出す手順を整え、細胞内の部位ごとに特有の目印となるタンパク質を調べることで、取り出した部分が膜タンパク質を多く含み、細胞質のタンパク質が混ざっていないことを確かめました。そのうえで、根の膜タンパク質を液体クロマトグラフィーと質量分析を組み合わせた装置で網羅的に測り、条件ごとにどのタンパク質が増減したかを比べました。このように多数のタンパク質を一度に調べる手法をプロテオミクスと呼びます。

さらに、注目したタンパク質の量を抗体で検出する方法（イムノブロット）で確かめ、アンモニウムを細胞に取り込む輸送体の遺伝子の働き具合をqRT-PCRで、根に含まれるエネルギー物質ATPの量を測定キットで調べました。これらの解析には根と葉を用いました。

主な報告結果

根の膜からは合計6765種類のタンパク質が見つかりました。4条件の12試料を比べた解析では、塩ストレスが根の膜タンパク質の構成を大きく変えていました。研究チームは、PDS溶液を加えるとストレス下でもこの変化が部分的に元に戻ったと述べています。塩を与えた根では処理なしと比べて162種類のタンパク質の量が変わり（増加70、減少92）、PDS溶液と塩を与えた根ではPDS溶液だけの場合と比べて150種類が変わっていました（増加91、減少59）。両方の比較で逆向きに変わったタンパク質には、細胞膜、小胞体膜、ミトコンドリア膜に関わるものが含まれていました。

細胞膜で水素イオンをくみ出し、イオンの輸送にエネルギーを供給する酵素H+-ATPaseは、根で塩ストレスにより減り、PDS溶液によって処理なしと同じ水準に戻りました。逆に、水を通す通り道となるタンパク質アクアポリンは塩ストレスで増え、PDS溶液によって処理なしの水準に戻りました。一方、V-ATPaseとカルネキシンは、どの条件でも量が変わりませんでした。

根のATP量は塩ストレスで減り、PDS溶液を与えるとストレス下でも回復しました。活性酸素を取り除く酵素であるミトコンドリアのアスコルビン酸ペルオキシダーゼ（APX）は、根では塩ストレスで増えてPDS溶液で減り、葉では反対に塩ストレスで減ってPDS溶液で増えていました。

アンモニウム輸送体の遺伝子の働きは、塩ストレスによって根と葉の両方で統計的に有意に低下しましたが、根ではPDS溶液を与えるとストレス下でも高まりました。なお、カリウムを運ぶ輸送体は、PDS溶液の有無にかかわらず塩ストレスで減っていました。

この報告が示すこと

研究チームは、PDS溶液が根の膜でエネルギー代謝、水の通りやすさ、アンモニウムの取り込みを調節することで、コムギに塩ストレスへの耐性をもたらしている可能性があると結論づけています。根のAPXが減ったことについては、PDS溶液が酸化ストレスそのものを和らげたため、APXによる活性酸素の除去の必要が小さくなったという解釈が示されています。また、カリウム輸送体はPDS溶液で回復しなかったことから、耐性にはカリウム以外の仕組みが関わっているとみています。

ただし著者らは、今回のプロテオミクスは探索的な解析であり、統計的な補正をしていないp値で選び出したタンパク質は、あくまで候補として扱うべきだと注意を添えています。

原著論文の著者・所属：Setsuko Komatsu（Faculty of Environment and Information Sciences, Fukui University of Technology, Fukui 910-8505, Japan）、Shafiq Ur Rehman（Department of Biology, University of Haripur, Haripur 22620, Pakistan）、Hisateru Yamaguchi（Department of Management Nutrition, Aichi Gakusen University, Okazaki 444-8520, Japan）、Keisuke Hitachi（Center for Medical Science, Fujita Health University, Toyoake 470-1192, Japan）、Kunihiro Tsuchida（Center for Medical Science, Fujita Health University, Toyoake 470-1192, Japan）

※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）：Setsuko Komatsu, Shafiq Ur Rehman, Hisateru Yamaguchi, et al. Membrane Proteomics Reveals the Role of Plant-Derived Smoke Solution on Wheat Under Salt Stress. International Journal of Molecular Sciences（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-08-17. DOI: 10.3390/ijms27167344. 原著ライセンス：CC BY.