植物ホルモンとシグナル伝達

オーキシン、サイトカイニン、ジベレリン、アブシシン酸、エチレンなど、少数の小さなシグナル分子が、植物の成長のほぼすべての側面と環境への応答を調整しています。

Definition

植物ホルモン（フィトホルモン）は、低濃度で活性を示す天然のシグナル分子であり、成長と発達を調節します。シグナル伝達とは、その存在が感知され、応答に変換される細胞機構を指します。

Scope

このトピックでは、主要な植物ホルモンの種類、その生合成と輸送、受容体とシグナル伝達経路、およびそれらがどのように相互作用して細胞分裂、伸長、分化、休眠、老化、環境応答を制御するかについて扱います。

Core questions

• 植物ホルモンの主要な種類と、それらの特徴的な効果は何ですか？
• ホルモンシグナルは、植物細胞内でどのように感知され、伝達されますか？
• ホルモンは、発生とストレス応答を制御するために、どのように相互作用し、クロストークしますか？

Key theories

屈性成長のホルモン制御

器官全体でのオーキシンの差動分布は、細胞の差動伸長を促進し、植物の成長を方向付ける光と重力に対する屈曲応答を生み出します。

受容体介在性シグナル伝達

各ホルモンは、特定の受容体によって感知され、シグナル伝達カスケードを誘発します。これはしばしば、遺伝子発現と生理機能を変化させるために、調節されたタンパク質分解を介して作用します。

Mechanisms

オーキシンは、流入および流出キャリアによって方向性を持って輸送され、成長のパターンを形成する濃度勾配を確立します。TIR1/AFB受容体によるオーキシンの認識は、Aux/IAA抑制因子の分解を促進し、転写因子を放出させます。他のホルモンは、異なる受容体とカスケードを介して作用します。例えば、アブシシン酸がPYR/PYL受容体に結合すると、プロテインホスファターゼが阻害され、ストレス応答が誘発されます。また、膜受容体によるエチレンの認識は、成熟と老化を調節します。ゲノムワイドな挿入変異体コレクションなどの逆遺伝学リソースは、これらの経路の解明に中心的な役割を果たしてきました。

Clinical relevance

合成植物成長調節剤やホルモンベースの処理は、挿し木の根の発生、果実の着果と成熟の制御、雑草の管理、作物の生育同期化のために、農業や園芸で広く利用されています。

History

ダーウィンの光周性に関する実験は、伝達可能な成長影響を示唆しました。ウェントは1926年にこの物質をオーキシンとして単離し、その後の1世紀で、すべてのホルモンが特定され、モデル植物における分子遺伝学によって、それらの受容体とシグナル伝達経路が解明されました。

Key figures

• Frits Went
• Charles Darwin
• Kenneth Thimann

Seminal works

• taiz2015
• buchanan2015

Frequently asked questions

植物におけるオーキシンの役割は何ですか？

オーキシンは細胞の伸長を促進し、光に向かって、また重力によって屈曲する屈性運動を駆動するために不均一に分布します。また、根の形成、維管束のパターン形成、頂芽優勢にも影響を与えます。

エチレンは果物にとってなぜ重要ですか？

エチレンは気体状のホルモンであり、多くの果物の成熟を誘発し加速します。そのため、生産物がいつ成熟するかを制御するために、貯蔵や輸送において管理されます。