植物の細胞は接触を感知できる

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神経がなくても、植物は何かが触れたとき、そしてそれが離れたときを感知できることが、ワシントン州立大学主導の研究で判明した。

一連の実験では、個々の植物細胞は非常に細いガラス棒の接触に反応して、カルシウムシグナルの遅い波を他の植物細胞に送り、その圧力が解放されると、より速い波を送りました。 植物が接触に反応できることは科学者によって知られていましたが、今回の研究では、植物細胞が接触の開始時と終了時に異なる信号を送信することが示されました。

「植物の細胞がどれほど繊細に敏感であるかは、非常に驚​​くべきことです。何かが細胞に触れていることを識別できるのです。細胞は圧力を感知し、圧力が解放されると圧力の低下を感知します」とWSU生物科学教授のマイケル・ノブラウフ氏は語った。 Nature Plants誌に掲載された研究の上級著者。 「植物が動物とは全く異なる方法で、神経細胞を使わずに非常に微細なレベルでこれを行うことができるのは驚くべきことです。」

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Knoblauchらは、比較的新しい技術であるカルシウムセンサーを組み込むために特別に品種改良されたターレクレソンとタバコ植物を使用して、12の植物で84回の一連の実験を実施した。 これらの植物の一部を顕微鏡下に置いた後、彼らはマイクロカンチレバー、つまり人間の髪の毛ほどの大きさの小さなガラス棒を使って、個々の植物細胞にわずかなタッチを加えました。 彼らは、タッチの力と持続時間に応じて多くの複雑な反応を観察しましたが、タッチとその除去の違いは明らかでした。

研究者らは、細胞に接触してから30秒以内に、サイトゾルカルシウムと呼ばれるカルシウムイオンの遅い波がその細胞から隣接する植物細胞を通って約3～5分間持続するのを観察した。 接触を取り除くと、ほぼ瞬時により速い波が発生し、1 分以内に消えました。

著者らは、これらの波は細胞内の圧力の変化によるものである可能性が高いと考えています。 透過性の膜を持つ動物細胞とは異なり、植物細胞も簡単には突破できない強い細胞壁を持っているため、軽く触れるだけで植物細胞内の圧力が一時的に上昇します。

研究者らは、植物細胞に小さなガラス毛細管圧力プローブを挿入することで、圧力理論を機械的にテストしました。 セル内の圧力を増減すると、タッチの開始と停止によって同様のカルシウム波が引き起こされます。

「人間と動物は感覚細胞を通じて接触を感知します。植物のメカニズムは、この内部細胞圧の増加または減少によるようです」とノブラウフ氏は述べた。 「そして、それがどの細胞であるかは問題ではありません。私たち人間には神経細胞が必要かもしれませんが、植物では、表面にあるどの細胞でもこれが可能です。」

これまでの研究では、毛虫のような害虫が植物の葉を噛むと、葉の味を損ねたり、害虫にとって有毒にさえなる化学物質の放出など、植物の防御反応が開始される可能性があることが示されています。 以前の研究では、植物をブラッシングすると、さまざまな遺伝子を活性化するカルシウム波が引き起こされることも明らかになりました。

今回の研究では、触れたときと手放したときのカルシウム波を区別することができたが、植物の遺伝子がそれらの信号にどのように正確に反応するかはまだわかっていない。 今回の研究で使用されたカルシウムセンサーのような新技術を使えば、科学者たちはその謎を解き明かし始めることができる、とノブラウフ氏は語った。

「今後の研究では、触れたり放したりした場合にどのような信号が下流のイベントを引き起こすかを知るために、これまでとは異なる方法で信号をトリガーする必要がある」と同氏は述べた。

参考文献: Howell AH、Völkner C、McGreevy P、他。 舗装セルはタッチと手放しを区別します。 ナットプラント。 2023.土井: 10.1038/s41477-023-01418-9

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