ひまわりはなぜ太陽を追うのでしょうか？科学者が新たなメカニズムを発見 →

編纂者：Gong Zixin

ひまわり

一日中太陽を追跡する能力で知られている

しかし、どうやって太陽を「見る」のでしょうか?

そしてその後に何が続くのでしょうか?

カリフォルニア大学デービス校の植物生物学者による新たな研究が10月31日にPLOS Biology誌に発表され、植物がこれまで考えられていたものとは異なる新たなメカニズムを使用していることが示されている。

「これはまったくの驚きだった」と、カリフォルニア大学デービス校の植物生物学教授で論文の筆頭著者であるステイシー・ハーマー氏は語った。

屈光性と屈光性

太陽が空を横切ると、ひまわりは太陽を追うように顔を向け、夜には位置を変えて翌朝には東を向きます。これは異なる成長パターンを通じて起こり、茎の東側は日中に成長し、茎の西側は夜間に成長します。このプロセスは屈光性と呼ばれ、光屈性の特殊な形態であると考えられることが多いです。

光屈性（光源に向かって成長する能力）は、植物の最も特徴的な成長反応の 1 つです。植物学者たちは、ヒマワリの向日性はフォトトロピンと呼ばれる分子によって制御され、スペクトルの青い端にある光に反応する同じ基本メカニズムに基づいているという仮説を立てていた。しかし、向日性の根底にあるメカニズムは不明のままです。

研究者らは、太陽向性の理解を深めるために、研究室の管理された環境で育ったヒマワリと野外で日光の下で育ったヒマワリの遺伝子発現パターンを比較した。

図1 ヒマワリの茎の光屈性と自動伸展反応

屋内では、ヒマワリは光を直接当てて育てられ、フォトトロピンに関連する遺伝子が活性化されます。しかし、屋外で育ち、太陽の下で頭を上下させるヒマワリは、まったく異なる遺伝子発現パターンを示した。茎の片側と反対側の光屈性タンパク質には明らかな違いはありませんでした。

図2 太陽を追跡するヒマワリの茎のトランスクリプトーム解析

しかし、光屈性の間に急速に誘導される遺伝子や、葉の陰の成長反応に関与する遺伝子の一部は、光屈性の開始時に茎の西側で急速に誘導されることから、赤色光受容体が太陽追跡に役割を果たしている可能性が示唆される。

図3 光屈性と太陽屈性における遺伝子発現の異なるパターン

研究者らは、太陽屈性におけるさまざまな光受容体シグナル伝達経路の役割をテストするために、植物が太陽追跡を開始する光環境を調整した。結果は、青色光、紫外線、赤色光、または遠赤色光を遮光ボックスで遮断しても、向日性反応には影響がなく、野外のヒマワリにおける向日性の発生や維持を妨げないことを示しました。

図4 向日性の発現は異なる転写シグネチャを示し、異なる光条件下で起こる

総合すると、我々の結果は、光走性の転写制御はフォトトロピンによって媒介される光屈性とは異なることを示唆している。向日性の発現と維持はともに光質の変化に抵抗性を示し、太陽追跡の調節には複数の光シグナル伝達経路が関与していることを示唆している。

「フォトトロピン経路の可能性は排除したようだが、まだ決定的な証拠は見つかっていない」とハーマー氏は語った。次のステップでは、植物におけるタンパク質の調節について見ていきます。

データチャートと参照元:
https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3002344