システミンは、病気に対する植物の防御機構において重要な役割を果たす植物ペプチドホルモンです。システミンのサプライヤーとして、私はこの注目すべき分子とその植物抵抗性に対する広範囲にわたる影響に対する関心の高まりを直接目撃してきました。このブログでは、病気に対する植物の抵抗力に対するシステミンのさまざまな効果を詳しく掘り下げ、現代の農業と植物保護におけるその重要性を強調します。
システミン: 概要
システミンは、1990 年代初頭にトマト植物で初めて発見されました。 18個のアミノ酸からなる小さなポリペプチドです。このペプチドは、傷害や病原体の攻撃に反応して合成され、植物の防御反応を活性化するシグナル伝達分子として機能します。植物が損傷すると、システミンが損傷部位から放出され、師部を通って植物の他の部分に移動し、全身的な防御反応を引き起こします。
防御の活性化 - 関連遺伝子
植物の抵抗性に対するシステミンの主な効果の 1 つは、防御関連遺伝子の活性化です。システミンが植物細胞の細胞膜上の受容体に結合すると、複雑なシグナル伝達カスケードが開始されます。このカスケードには、プロテインキナーゼの活性化とジャスモン酸 (JA) などのセカンド メッセンジャーの生成が含まれます。 JA は植物の防御反応の重要な調節因子であり、多数の防御関連遺伝子の発現を誘導することが知られています。
これらの防御関連遺伝子は、さまざまな機能を持つタンパク質をコードしています。それらの中には、フィトアレキシンなどの抗菌化合物の合成に関与するものもあります。フィトアレキシンは、強力な抗菌性および抗真菌性を有する低分子量の二次代謝産物です。たとえば、トマト植物では、システミンによって誘導される防御関連遺伝子の活性化により、多くの病原体に対して有毒なグリコアルカロイドが生成されます。
他の防御関連遺伝子は、植物細胞壁の強化に関与するタンパク質をコードしています。細胞壁は病原体に対する防御の第一線です。細胞壁生合成に関連する遺伝子のシステミン媒介活性化は、リグニンやカロースなどの追加のポリマーの沈着をもたらし、細胞壁を病原体の侵入に対してより耐性のあるものにする可能性があります。
プロテアーゼ阻害剤の誘導
システミンのもう 1 つの重要な効果は、プロテアーゼ阻害剤の誘導です。プロテアーゼ阻害剤は、病原体によって生成されるプロテアーゼの活性を阻害できるタンパク質です。多くの病原体、特に昆虫や真菌は、成長と生存のために植物タンパク質を分解するプロテアーゼに依存しています。プロテアーゼ阻害剤の生成を誘導することにより、システミンはこれらの病原体の摂食と増殖を効果的に妨害します。
トマト植物では、システミン処理により葉内のプロテアーゼ阻害剤のレベルが大幅に増加します。これらの阻害剤は昆虫のプロテアーゼに結合し、植物タンパク質の消化を妨げます。その結果、昆虫の成長と発達は深刻な影響を受け、植物に損害を与える能力が低下します。
全身獲得抵抗 (SAR)
システミンは、全身性獲得抵抗性 (SAR) の発症にも役割を果たします。 SAR は、植物における長期にわたる広範囲の耐性メカニズムです。植物が病原体に局所的に感染すると、感染部位だけでなく植物の他の部分にも耐性が生じる可能性があります。システミンは、SAR を引き起こすシグナル伝達プロセスに関与しています。
感染部位からのシステミンの放出により、植物全体に輸送されるシグナル伝達分子が生成されます。これらの分子は、病因関連 (PR) 遺伝子など、SAR に関与する遺伝子の発現を活性化します。 PR タンパク質には、抗菌、抗真菌、抗ウイルス活性などのさまざまな機能があります。植物の離れた部分にある PR 遺伝子が活性化すると、広範囲の病原体に対する植物の全体的な耐性が強化されます。
植物マイクロバイオームへの影響
システミンは植物の防御反応に直接影響を与えるだけでなく、植物のマイクロバイオームにも影響を与える可能性があります。植物のマイクロバイオームは、植物の表面および内部に生息する多様な微生物群集で構成されています。これらの微生物の中には、病原体から保護して植物に有益なものもあれば、病原性となるものもあります。
システミン誘導性の防御反応は、植物マイクロバイオームの組成と活性を変化させる可能性があります。たとえば、システミンに反応して抗菌化合物が生成されると、病原性微生物の数を減らすことができます。同時に、システミンは有益な微生物の成長と活動を促進する可能性もあります。一部の有益な細菌は、植物の防御シグナル伝達経路と相互作用し、植物の病気に対する抵抗力を高めることができます。システミンは植物のマイクロバイオームを調節することにより、植物全体の健康と病気への抵抗力に間接的に貢献します。
農業への応用
病気に対する植物の抵抗力に対するシステミンの効果は、農業に重大な影響を及ぼします。システミンのサプライヤーとして、私は農業市場でシステミンベースの製品に対する需要が高まっているのを見てきました。これらの製品は、植物の健康を強化し、化学農薬の使用を減らすためにさまざまな方法で使用できます。
応用例の 1 つは、生物農薬としてのシステミンの使用です。システミンを植物に散布することで、農家は植物の自然な防御機構を活性化し、植物の病気に対する抵抗力を高めることができます。このアプローチは、外部から有毒な化学物質を導入するのではなく、植物自身の防御システムに依存するため、従来の化学殺虫剤よりも環境に優しいです。
別の用途は植物育種です。科学者はシステミン媒介防御反応の知識を利用して、耐病性が強化された新しい植物品種を開発できます。システミンシグナル伝達に関連する遺伝子やシステミンによって誘導される防御関連遺伝子を作物に導入することで、育種家は病原体に対してより耐性のある植物を作り出すことができます。
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結論
結論として、システミンは植物の病気に対する抵抗力に複数の効果をもたらす強力な分子です。防御関連遺伝子を活性化し、プロテアーゼ阻害剤の生成を誘導し、全身性の獲得抵抗性を促進し、植物のマイクロバイオームを調節します。これらの効果により、システミンは植物の健康を強化し、病気の影響を軽減するための農業における貴重なツールとなっています。
私はシステミンのサプライヤーとして、研究者や農家のニーズを満たす高品質のシステミン製品を提供することに尽力しています。 Systemin の購入、またはそのアプリケーションについて詳しく知りたい場合は、調達についての相談のためお気軽にお問い合わせください。持続可能な農業の発展に貢献できるよう、皆様のご協力をよろしくお願いいたします。
参考文献
- G. ピアース、D. ストライダム、S. ジョンソン、カリフォルニア州ライアン (1991)。トマトの葉からのポリペプチドは、傷によって誘導されるプロテイナーゼ阻害剤の合成を誘導します。科学、253(5021)、895 - 898。
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- Pieterse, CM、Van der Does, D.、Zamioudis, C.、Leon - Reyes, A.、および Van Wees, SC (2012)。植物免疫のホルモン調節。細胞と発生生物学の年次レビュー、28、489 - 521。