植物が免疫システムを強化することによって病原体と戦うのを助ける

今日知られている文明は、適切な食糧供給がなければ進化することはできず、存続することもできません。 – ノーマン・ボーローグ

ほとんどの人は聞いたことがない ノーマン·ボーローグ。 彼はこれまでのところ、ノーベル平和賞を受賞した唯一の農学者です。 高収量で病気に強い穀物の開発における彼の研究により、XNUMX億以上のコストが節約されました(はい、 十億)飢えからの人々。

彼がこれらの言葉を発したのは 50 年近く前ですが、彼のメッセージは今日、これほど意味のあるものはありません。 私たちは、それを超えることが期待される世界に住んでいます。 2050年頃までにXNUMX億人に、そして現在、いくつかの 800万人 健康で活動的な生活を送るのに十分な食べ物がありません。

国連食糧農業機関は、私たちが次のことを行う必要があると計画しています。 食糧生産を少なくとも70%増加させる この人口増加の急増に対応するためです。 これは気の遠くなるような作業ですが、ほとんどの場合、 世界の収穫量の 20% が植物の病気によって失われます。 これらの病気と闘う最も効果的な方法の XNUMX つは、化学的防除、つまり殺虫剤の使用です。 しかし、病原体はすぐに殺虫剤に対する耐性を獲得する可能性があり、生産を維持するためにさらに多くの農薬を使用する必要が生じる可能性があります。 もあります 環境と健康への懸念 潜在的に有毒な化学物質の畑への適用に関連しています。

より安全で持続可能な作物保護方法が緊急に求められています。 そこで私たち植物病理学者が介入します。植物病理学者は、医師が人間の健康を専門とするのと同じように植物の健康を専門とし、私たちの食糧供給を守るためにたゆまぬ努力をしています。


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病原体との戦いにおける新しい研究分野は、植物の自然免疫システムの強化に焦点を当てています。 植物が自ら感染症と闘うことができれば、必要な殺虫剤の量を減らすことができます。 将来の病気から守るために子供たちにワクチンを接種するのと同じように、植物病理学者は侵入者に対する免疫防御を強化することを目的として、同じ方法論を使って植物を病原体に対して「免疫化」しています。 植物の免疫システムを刺激するこの方法は、現在病気によって失われている世界の収穫物の一部を救う安全かつ効果的な方法となる可能性があります。

ストレス下の植物1タイ東北部で病気の作物を検査するキャッサバの専門家。 CIAT、CC BY-SA

植物の免疫システムを理解する

植物は、細菌、真菌、ウイルスなどのさまざまな病原微生物に自然にさらされています。 物理的に感染を回避する能力を持つ人間とは対照的に、植物は動けません。 したがって、植物内のすべての細胞は攻撃から身を守らなければなりません。 植物には、これらの微生物と戦うのに役立つ多層の免疫システムがあります。 それは人間の免疫システムと非常によく似た方法で機能します。

植物は微生物の「パターン」を認識することで病原体を検出します。 これらは、植物が「非自己」として認識するように進化した微生物 (鞭毛を思い浮かべてください) の種類に特有の特徴です。 この能力は、人体による抗原の認識と同等であり、免疫反応を誘発します。 残念なことに、病原体は通常、これらのパターンを遮蔽したり偽装したりすることによって、認識を回避するために継続的に進化しています。 この能力により、植物が効果的な免疫応答を開始する前に、植物の細胞に定着することができます。

防衛のプライミングはワクチン接種のようなもの

私たちの主な研究目標の XNUMX つは、これらのパターンを活用して、 植物免疫系従来の化学的制御方法の代わりに、病原性微生物に対する保護を強化します。

また、防御の呼び水」は、人間の病気を治療するためのワクチンを開発する方法と非常によく似ています。 ワクチンは病原体の偽者として機能します。 免疫系をだまして自分が攻撃されていると思い込ませ、抗体の産生などの防御反応を刺激します。 これにより防御記憶が形成され、将来身体が特定の病原体に遭遇した場合に免疫系がその病原体を記憶できるようになります。 その後、ワクチンによって準備された記憶のおかげで、迅速かつ堅牢に反応することができます。

これと同じ原理を植物と病原体の関係にも適用できます。 たとえば、対象となる病原体のパターンを特定したら、それを分離して精製します。 このステップはワクチンの製造に似ています。 次に、精製したパターンを植物に接種します。たとえば、それを注射器で茎や葉に注入します。 目的は、植物の自然な免疫反応を刺激し、次に植物がその病原体に遭遇したときに、より迅速かつ/またはより強力な防御反応をもたらすことです。

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私たちは基本的に、敵が攻撃する前に植物が戦闘の準備が整っていることを確認しています。 プライムされた植物 感染に対する耐性が強化され、多くの場合、症状が軽減され、植物内の病原体数が減少するという特徴があります。 プライミングプラントは商業農業ではまだ大規模に導入されていませんが、科学者たちはその利用に関する研究を積極的に行っています。 温室と畑の両方での防御の呼び水 細菌、ウイルス、真菌から保護するための設定。

私自身の研究は主に、と呼ばれる細菌性病原体に対する防御のための防御プライミングの使用に焦点を当てています。 Xylellaのfastidiosa それは数十億ドル規模のワイン、生食用ブドウ、レーズンブドウ産業に影響を与えます。 ピアース病を引き起こし、カリフォルニア州に損害を与える 年間100億米ドル以上 作物損失の費用とそれを処理するための努力。 現在、この植物病原体によって引き起こされる病気を治療する方法はありませんが、私たちの目標は、防御プライミングを利用してこれを克服することです。

ストレス下の植物2植物も病気になります! 小麦の茎さび病菌。 ユエ・ジン、農業研究院

商業農業における可能性

防御反応が特定の細菌に特異的な人間の免疫系とは対照的に、植物におけるプライミングの効果は広範囲に及び、広範囲の病気や害虫から植物を守ります。

防御プライミングのもう XNUMX つの大きな利点は、植物の適応度がほとんど低下しないことです。植物は引き続き正常に成長し、繁殖します。 これは、成功が高収量に左右される商業農業において重要な利点です。

さらに、プライミング状態は耐久性があり、最初の刺激後も長期間維持できます。 現在の研究では、植物がこの防御記憶を子孫に伝えることができることも示されています。 多世代にわたる保護 遺伝子組み換えなしで。

この現象の背後にある分子メカニズムの理解を深めるにはさらなる研究が必要ですが、防御プライミングは持続可能な農業の将来において価値があり、有望なツールになる可能性があります。

著者について会話

ラピカボリ・ジャネットJeannette Rapicavoli は、カリフォルニア大学リバーサイド校の植物病理学の博士号候補者です。 私の研究は、木部、つまり植物の維管束系の水を通す組織に存在する植物病原性細菌の宿主と病原体の相互作用の分子基盤に焦点を当てています。 具体的には、ブドウや柑橘類をはじめとする経済的に重要な植物宿主に重篤な病気を引き起こす細菌性病原体を研究しています。 現在、私の研究は、植物の自然免疫系のエリシターとしての細菌の細胞表面多糖類の役割を強調しています。

この記事は、最初に公開された 会話。 読む 原著.

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