傷害に誘導される植物揮発成分の生合成と生物間コミュニケーションのメカニズム

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植物が害虫に食べられると、防御物質を誘導し身の危険を回避する。その中で植物から誘導的に放出される揮発成分は害虫の天敵を誘引し害虫の間接的駆除につながることが知られている。本研究はその揮発成分の主要化合物質であるテルペンの生産機構とシグナル伝達系の解明ならびにその生合成に関与するテルペン合成酵素の遺伝子単離と遺伝子産物の機能同定を行った。植物材料としてモデルマメ科植物であるMedicago truncatulaを用い、シロイチモジヨトウに食害されたときの揮発成分を同定した。またシグナル伝達物質の一つと考えられるエチレンの非感受性株を用い同様に揮発成分の解析を行ったところ、変異体ではいくつかのセスキテルペンとホモテルペンが野生株より少なく放出されていた。さらにテルペンの生合成に関与する遺伝子らの発現解析を行ったところ、セスキテルペン合成酵素遺伝子の発現量は変異体において低レベルで発現していた。また興味深いことは、モノテルペン合成酵素遺伝子の発現とモノテルペンの一つであるリモネンの放出量は野生株よりも変異体の方が高かった。つまりセスキテルペンとモノテルペンの生合成のエチレンによる制御は全く異なることが示唆された。さらにエチレンのジャスモン酸とのシグナル伝達系における相互作用を調べたところ、この2つのホルモンは相互的に活性化してセスキテルペン合成を誘導することが明らかになった。またエチレンは食害に伴うカルシウムの流入を阻害するが、生体膜を負極化しすることも明らかにされた。これらの現象はダイズ細胞の系においても同様に検出された。つまり、膜電位、カルシウム流入、エチレン・ジャスモン酸に関連したシグナル伝達系のクロストークは食害に応答した揮発成分合成を多方面に制御する重要な役割があることが明らかになった。