エネルギー省のオークリッジ国立研究所が率いる科学者チームは、植物と土壌菌類の間の重要な共生関係を制御する特定の遺伝子を発見し、通常は抵抗する植物の共生を促進することに成功しました。この発見は、過酷な生育条件に耐え、病原体や害虫に抵抗し、化学肥料をあまり必要とせず、1 エーカーあたりにより大きく、より多くの植物を生産できる、バイオエネルギーと食用作物の開発につながる可能性があります。
近年、科学者たちは、植物と菌根菌との複雑な関係について、より深い理解を深めてきました。それらが結合すると、菌類は植物の根の周りに鞘を形成し、顕著な利益をもたらします.菌類の構造は植物の宿主から遠くに広がっており、栄養素の取り込みを増加させ、病原体や害虫の拡散を「警告」するために他の植物と通信することさえあります.その見返りに、植物は菌類に炭素を供給し、菌類の成長を促進します.
これらの菌根の共生は、植物による古代の土地の植民地化を支え、広大な森林や大草原などの成功した生態系を可能にしたと考えられています.植物種の推定 80% は、その根に菌根菌が関連しています。
「植物と有益な菌類との関係を制御する分子メカニズムを理解できれば、この共生を利用して、干ばつや病原体に対する耐性、窒素や栄養摂取の改善など、植物の特定の条件を獲得することができます」と ORNL は述べています。分子遺伝学者のジェシー・ラベ。 「例えば、結果として得られる植物は大きくなり、必要な水や肥料が少なくなります。」
植物の共生を可能にする遺伝的トリガーを見つけることは、植物分野で最も困難なトピックの 1 つです。 Nature Plantsに記載されている発見 、ORNL およびパートナー機関での 10 年間の研究の結果、Populus などのより優れたバイオエネルギー原料作物を生産する方法を模索した結果、 、またはポプラの木。この作業は、過去 10 年間のゲノム配列決定、定量的遺伝学、高性能コンピューティングの改善と実験生物学の組み合わせによって達成されました。
科学者たちは、特定の種の Populus が形成する共生を研究していました。 菌類 Laccaria bicolor (L. bicolor) .チームは、ORNL の DOE 科学局ユーザー施設であるオークリッジ リーダーシップ コンピューティング施設のスーパーコンピューティング リソースと、ローレンス バークレー国立研究所の DOE 科学局ユーザー施設である DOE ジョイント ゲノム研究所で作成されたゲノム配列を使用して、特定の受容体タンパク質、PtLecRLK1 まで検索します。可能性の高い候補遺伝子を特定すると、研究者は研究室に行って調査結果を検証しました。
研究者はシロイヌナズナを選びました 、伝統的に真菌と相互作用しない植物 L.二色 、そして彼らの実験のために、それを脅威とさえ考えています。彼らは、PtLecRLK1 タンパク質を発現する遺伝子操作された植物を作成し、その植物に菌を接種しました。真菌 L.二色 植物の根の先端を完全に包み込み、共生生物の形成を示す菌鞘を形成します。
「私たちは、非宿主をこの共生生物の宿主に変換できることを示しました」と、ORNL の量的遺伝学者である Wellington Muchero は述べています。 「シロイヌナズナを作れたら この菌類と相互作用することで、スイッチグラスのような他のバイオ燃料作物や、トウモロコシのような食用作物も相互作用し、まったく同じ利益をもたらすことができると信じています.それは、多様な植物システムであらゆる種類の機会を開きます。驚くべきことに、必要な遺伝子は 1 つだけです。」
CBIのディレクター、ジェリー・タスカン氏は、「これは、辺境の非農地で生き残り、繁栄する能力を備えたバイオエネルギー作物の開発につながる可能性のある驚くべき成果です」と述べています. 「2000 万から 4000 万エーカーもの辺境の土地を対象に、水を必要としない丈夫なバイオエネルギー作物を栽培することで、ガソリンや工業用原料の持続可能な代替品を提供するバイオベースの地方経済を成功させる可能性を高めることができます。」
