「魔女の雑草」として恐れられるストライガなどのハマウツボ科の寄生植物は、宿主植物のキノン化合物を認識することで寄生を開始し、水分や養分を横取りして穀物の収穫量を大幅に減らす。これまで、寄生植物がどうやってキノン化合物を認識するのか、また非寄生植物もキノン化合物を認識できるのかは不明だったが、今回、植物におけるキノン化合物の認識に関与する新しい受容体が発見された。理化学研究所と中部大学の共同研究チームが発表した。

 本研究者らはまず、非寄生植物のシロイヌナズナに、キノン化合物のDMBQを投与すると、細胞内のカルシウムイオン濃度が上昇することを確認。そこで細胞内カルシウム濃度のマーカーを用いて、DMBQに反応しない(キノン化合物を認識できない)変異体を特定し、全ゲノムシークエンス解析を行ったところ、原因遺伝子CARD1の同定に成功した。CARD1は受容体様キナーゼをコードし、キノン化合物の認識に重要な役割を果たしていると考えられるという。

 また、CARD1依存性の発現遺伝子が傷、免疫、ストレスへの応答に関与しており、CARD1変異体では病原菌に対する抵抗性が低下することも発見。微生物は大量のキノン化合物を生産することが知られているため、CARD1はキノン化合物を認識することで病原体への防御応答を誘導している可能性がある。

 さらに、ストライガと同じハマウツボ科の寄生植物コシオガマでも、DMBQ処理時に細胞内カルシウム濃度が上昇し、このことがコシオガマの吸器(寄生するための特殊器官)形成に重要な役割を果たすことが判明した。コシオガマとストライガのCARD1相同遺伝子をシロイヌナズナのCARD1変異体に導入すると、DMBQ認識機能を相補できたことから、寄生植物でも同様にキノン化合物が認識されていることが示された。

 本成果は今後、寄生植物の寄生機構の理解と新しい防除法の開発、および植物の免疫機構の解明と病原耐性の向上などに貢献することが期待される。

論文情報:【Nature】Quinone perception in plants via leucine-rich-repeat receptor-like kinases

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大学ジャーナルオンライン編集部

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