著者の所属・活動拠点の国は、中国です。

掲載誌：Plants

ライセンス: CC BY 4.0　対象: 公開論文　確認元: 論文PDF

研究の目的

研究チームによると、不適切な施肥は環境や食品の安全に悪影響を及ぼしてきました。その対策として、植物の生育を助ける「バイオスティミュラント」(微生物や天然由来の資材など)が広く使われていますが、これらが植物の加齢に伴う老化にどう影響するかは、ほとんど報告されていませんでした。生育後半の老化は、その後の収量や品質を左右します。

そこで研究チームは、土を使わない養液栽培のトマトで肥料の与え方を3通りに変え、植物の老化、収量、果実の品質がどう変わるかを調べました。あわせて、根と葉で働いている遺伝子を網羅的に調べ、その背景にある仕組みを探ろうとしました。

何を、どのように調べたか

実験は中国山東省済南市の温室で行われました。トマト品種「遼粉185」を市販の培地に植え、水と肥料は点滴かん水で与えました。比較の基準(対照区)には、トマトの養液栽培で一般的な「山崎処方」の液肥を使いました。

比べたのは次の3つの処理です。1つ目は、窒素・リン・カリウムの濃度を生育段階に合わせて4期に分けて変えた処方。2つ目は、山崎処方に酵母エキスを加えたもの。3つ目は、山崎処方に3種類の細菌(ブレビバチルス・ラテロスポルス、枯草菌、バチルス・ムシラギノサスを7対2対1の割合)を加えたものです。処理は定植後30日目から140日目まで続け、各処理に3つの反復区を設けました。

測ったのは、地上部と根の乾燥重量、根の活力、収量、完熟した果実のビタミンC・リコピン・可溶性タンパク質・可溶性固形分(主に糖分の目安)の含量です。さらに、根と葉から取り出したRNAを解読する「RNA-seq」という方法で、どの遺伝子がどれだけ働いているかを調べ、対照区と比べて働きの強さが大きく変わった遺伝子(発現変動遺伝子)を探しました。これらの遺伝子がどんな働きの経路に関わるかをデータベースで分類し、一部の遺伝子については別の方法(qRT-PCR)で結果を確かめました。

主な報告結果

摘心の時期、対照区の葉ははっきり黄色くなっていたのに対し、3つの処理区の葉は緑色を保っていました。研究チームはこれを、老化が遅れたことを示す目に見えるしるしと捉えています。

乾燥重量、根の活力、収量、ビタミンC・リコピン・可溶性タンパク質の含量は、いずれも3つの処理区で対照区と差がみられました。可溶性固形分を除くこれらの値は、微生物を加えた処理区が最も高く、次いで酵母エキスを加えた処理区、生育段階別の処方の処理区、対照区の順でした。

遺伝子の働きを見ると、葉では対照区と比べて変化した遺伝子が少なく、処理ごとに309個、35個、13個にとどまり、3処理に共通するものはありませんでした。一方、根では651個、389個、388個の遺伝子が変化し、3処理に共通する62個のうち56個は働きが弱まり、6個は強まっていました。

処理の違いは根に与えた肥料だけなのに地上部の様子も変わったことから、研究チームは根と葉の間の遺伝子の働きの違いを詳しく調べました。すると、細胞内で信号を伝える「MAPKシグナル経路」と「植物ホルモンの信号伝達」に関わる遺伝子が目立って多く含まれていました。ホルモンとしては、オーキシン、ジベレリン、エチレン、ジャスモン酸、サイトカイニン、ブラシノステロイド、サリチル酸に関わる経路が挙がっています。根で3処理に共通して働きが弱まった遺伝子には、病原体への防御に関わる経路やMAPKシグナル経路のものが多く含まれていました。

また、ほかの遺伝子のスイッチ役となる「転写因子」のうち、葉の老化に関わることが知られているWRKY、MYB、AP2-EREBPなどの仲間が、3つの処理によって対照区より働きを弱めていました。選んだ8つの転写因子遺伝子については、qRT-PCRでもRNA-seqと同じ傾向が確認されました。

この報告が示すこと

研究チームは、3通りの施肥でトマトの収量と品質を高められたと結論づけています。葉そのものの遺伝子の働きはほとんど変わらなかったことから、これらの処理は葉の老化を直接遅らせたのではなく、根から葉へ伝わる信号を通じて植物全体の老化を遅らせた可能性がある、と考察しています。根は地上部に比べて老化の様子が見えにくく研究も少ないのですが、著者らは、根の老化と葉の老化の結びつきは考えられていた以上に強いとし、これが両者の老化の調節について新しい見方を与えるとしています。

ただし、老化の遅れが収量・品質向上の重要な理由だという点や、根と葉の信号のやり取りについては、研究チーム自身が推測として述べています。根と葉で異なっていたホルモン信号の間に関係があるのか、微生物や酵母エキスが培地の微生物の構成を改善したのか、見つかった転写因子が老化の遅れに実際に関わるのかは、著者らがさらに調べるべき課題として挙げています。

原著論文の著者・所属：Xiaodong Yang（Weifang Academy of Agricultural Sciences, Weifang 261071, China）、Shasha Sun（Weifang Academy of Agricultural Sciences, Weifang 261071, China）、Lingling Huang（College of Horticulture Science and Engineering, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, China）、Jun Xu（Weifang Academy of Agricultural Sciences, Weifang 261071, China）、Kun Xie（College of Horticulture Science and Engineering, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, China）、Bo Zhou（College of Life Science, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, China）、Fengjuan Yang（College of Horticulture Science and Engineering, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, China; Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Horticultural Crop (Huang-Huai Region), Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Tai’an 271018, China; Shandong Key Laboratory of Fruit and Vegetable Germplasm Innovation and Utilization, College of Horticulture Science and Engineering, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, China）、Jing Li（College of Horticulture Science and Engineering, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, China; Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Horticultural Crop (Huang-Huai Region), Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Tai’an 271018, China; Shandong Key Laboratory of Fruit and Vegetable Germplasm Innovation and Utilization, College of Horticulture Science and Engineering, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, 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）：Xiaodong Yang, Shasha Sun, Lingling Huang, et al. Transcriptional Analysis Reveals Different Fertilizer Treatments Improve the Yield and Quality of Tomato Fruits by Postponing Age-Triggered Senescence. Plants（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-09-30. DOI: 10.3390/plants15192990. 原著ライセンス：CC BY.