植物のストレス生理学

干ばつ、塩害、洪水、高温、低温はすべて植物の生存を脅かす要因であり、植物のストレス生理学は、植物がこれらの非生物的課題をどのように感知し、それらに耐えるための防御応答をどのように発動するかを研究します。

Definition

植物のストレス生理学とは、植物がその正常な機能を妨げる不利な非生物的条件にどのように応答し適応するか、そして耐性を付与するメカニズムを研究する学問分野です。

Scope

このトピックでは、主要な非生物的ストレス（水不足、塩害、極端な温度、洪水、酸化的ストレス）と、植物がそれらを感知するメカニズム、および浸透圧調節、アブシジン酸シグナル伝達、抗酸化防御を含む生理学的および分子応答について扱います。

Core questions

• 植物は水不足、塩害、温度ストレスをどのように感知するのでしょうか？
• どのような生理学的および分子メカニズムがこれらのストレスに対する耐性を付与するのでしょうか？
• 植物は多くのストレスに伴う酸化的損傷からどのように身を守るのでしょうか？

Key theories

アブシジン酸を介したストレス応答

水関連ストレスはアブシジン酸を増加させ、これが気孔を閉じ、ストレス応答性遺伝子を活性化し、脱水に対する植物の防御を調整します。

浸透圧調節と保護

植物は適合溶質と保護タンパク質を蓄積して細胞の膨圧を維持し、生体高分子を安定化させます。一方、抗酸化システムはストレス下で生成される活性酸素種を制限します。

Mechanisms

水不足または高塩分条件下では、植物はアブシジン酸を合成し、これがPYR/PYL受容体によって感知され、プロテインホスファターゼを阻害し、気孔閉鎖とストレス遺伝子発現を誘発します。細胞は、代謝を妨げることなく水ポテンシャルを低下させるために、プロリンやグリシンベタインなどの適合溶質を蓄積し、LEAタンパク質やシャペロンのような保護タンパク質を生成します。多くのストレスが活性酸素種を増加させるため、酵素的および非酵素的抗酸化システムがそれらを捕捉します。低温および高温は、ヒートショックプロテインなどの膜およびタンパク質保護応答も誘発します。

Clinical relevance

非生物的ストレスは世界中で作物収量損失の主要な原因であるため、ストレス生理学を理解することは、気候変動下での食料安全保障に不可欠な、干ばつ、塩害、および温度耐性作物の育種と工学を推進します。

History

かつては主に記述的であった植物のストレス生理学は、アブシジン酸シグナル伝達成分、ストレス応答性転写因子、およびイオン輸送体の特定を通じて、メカニズム的な研究へと発展しました。その多くはモデル植物における分子遺伝学によって行われました。

Key figures

• Hans Kende
• Jian-Kang Zhu

Seminal works

• taiz2015
• buchanan2015

Frequently asked questions

非生物的ストレスとは何ですか？

非生物的ストレスとは、干ばつ、塩害、極端な温度、洪水などの非生物的な環境要因によって植物に引き起こされる害であり、病原体や草食動物によって引き起こされる生物的ストレスとは対照的です。

アブシジン酸は植物が干ばつを乗り切るのにどのように役立ちますか？

水が不足すると、アブシジン酸が蓄積し、孔辺細胞にシグナルを送って気孔を閉じさせ、水分の損失を減らすとともに、細胞を脱水から保護する遺伝子を活性化させます。