ニューヨーク大学の研究者は、植物の窒素取り込みの分子停止シグナルとして機能するタンパク質を特定した。この発見は、最終的に肥料をはるかに効率的に使用する作物を開発するための遺伝的標的を育種家に与える可能性がある。 『The Plant Cell』に掲載されたこの研究は、HHO5と呼ばれる転写因子に焦点を当てています。
HHO5 が窒素ブレーキとして機能する仕組み
ニューヨーク大学の研究チームは、HHO5 が植物に十分な窒素を吸収したことを知らせ、土壌からの窒素摂取を停止できることを発見しました。植物内の窒素レベルが閾値に達すると、HHO5 の発現が上昇し、取り込み機構を効果的に停止させる下流の遺伝子変化のカスケードを引き起こします。このタンパク質は、植物が人間の栄養に不可欠なアミノ酸の長距離輸送、貯蔵、合成に使用する有機窒素に特異的に反応します。{4}}
「さまざまなレベルと種類の窒素に敏感な遺伝子調節因子を特定することで、窒素の使用を制御する調節因子と、植物における窒素の取り込みと有機窒素への同化を改善する鍵を発見しました」と、ニューヨーク大学生物学部およびゲノミクス・システム生物学センターのキャロル・アンド・ミルトン・ペトリ教授であり、この研究の共著者であるグロリア・コルッツィ氏は述べています。{0}
植物の窒素効率が肥料にとって重要な理由
世界中の作物は、畑に施用される窒素肥料の約 30 ～ 50% しか使用しません。残りは硝酸塩流出として水路に流出するか、単位あたり二酸化炭素のおよそ 300 倍強力な温室効果ガスである亜酸化窒素として大気中に流入します。植物レベルでの窒素使用効率の改善は、肥料コストと環境破壊の両方を削減するための最も直接的な方法の 1 つです。
窒素利用効率を改善するための現在のアプローチは、主に土壌側、つまり徐放性コーティング、硝化抑制剤、正確な適用タイミングに焦点を当てています。{0} HHO5 の発見は、植物自体の制御配線をターゲットにすることで補完的な道を切り開きます。 HHO5 が窒素摂取をどのように積極的に遮断するかを育種家が変更できれば、作物はブレーキがかかる前に土壌からより多くの窒素を引き抜き、未使用の肥料が残される量を減らすことができる可能性があります。
ラボでの発見から現場での応用まで
研究チームは、さまざまな形態の窒素が HHO5 発現レベルに異なる影響を与えることを発見しました。肥料から直接吸収された形態の無機窒素は、有機窒素とは異なる反応パターンを引き起こしました。この違いは、シグナル伝達経路が微妙に異なり、ブリーダーが他の代謝プロセスを妨げることなくシグナル伝達経路を微調整できる可能性があることを示唆しているため、重要です。-
ニューヨーク大学は、この研究と植物の窒素利用効率の向上におけるその潜在的な用途を対象とした特許出願を提出した。大学はライセンスに関する協議については明らかにしていないが、この特許は商業的な意図を示している。
この発見は、窒素肥料のコストが世界的に高騰しているときに実現した。 USDAのデータによると、米国の尿素小売価格は8月初旬に1トン当たり平均594ドルで、ホルムズ海峡の混乱による年半ばのピークからわずかに下落したのみである。-作物が施用された窒素 1 トンあたりからより多くの価値を抽出できるようにする遺伝的改良は、農業の経済に直接影響を与えるでしょう。
窒素効率研究の成長分野
ニューヨーク大学の研究は、より広範な窒素効率研究の波に適合します。 7 月に発表されたパーデューの研究では、大豆の窒素固定を制御する遺伝子スイッチが特定され、ワシントン州立大学の研究者は 5 月に窒素固定遺伝子が細菌株間で伝達される可能性があると報告しました。- Pivot Bio、Intrinsyx Bio、Kula Bio などの企業は、生物学的窒素固定に対する微生物によるアプローチを商業化しています。
HHO5 の発見の特徴は、土壌微生物叢ではなく植物自身のシグナル伝達に焦点を当てていることです。マメ科植物だけでなく、すべての植物に存在する規制チェックポイントを対象としているため、理論的には、あらゆる改善がトウモロコシ、小麦、米などの主要穀物全体に適用できる可能性がある。
それでも、転写因子の発見を商品化する作物品種に反映するには、通常10年以上かかります。当面の価値は、植物科学者が適用される窒素単位当たりにより多くの穀粒をもたらす品種を追求する際に、研究対象となる特定のよく特徴付けられた遺伝的標的を提供することにあります。-
