土壌微生物が植物の干ばつ対処を助けるが、科学者が考えていたのとは違う？

土壌微生物が植物の干ばつ対処を助けるが、科学者が考えていたのとは違う？

https://phys.org/news/2023-07-soil-microbes-cope-drought-scientists.html

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19時間前
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編集者ノート
土壌微生物が植物の干ばつへの対処を助けるが、科学者が考えていたのとは違う
by Lauren Quinn , イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校
Credit: CC0 Public Domain
私たちの足元には、多様で相互依存的な生命がうごめく複雑な世界が広がっている。植物はストレスがかかると化学シグナルで呼びかけ、結合した栄養分を解き放ち、最も細い根には小さすぎる土壌の孔から水を見つけることができる微生物を呼び出す。その見返りとして、微生物は安全な住処や甘い飲み物を得る。
典型的な「私の背中をかいて、あなたの背中をかきます」というシナリオだ。そうでない場合を除けば。イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校の新たな研究は、従来の常識に挑戦し、自由に生きている土壌微生物が自分たちのためだけに気を配っていることを示した。
この研究結果は『Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences』誌に掲載された。
農業・消費者・環境科学大学（ACES）の研究者たちは、複数世代にわたる実験で、微生物が植物の干ばつへの対処を助けていることを発見した。むしろ、環境そのものが干ばつに強い微生物を選択したのである。そして、それらの丈夫な微生物が活動している間に、たまたま植物も干ばつに強くなったのである。
「微生物と植物の共進化や相互作用の証拠が見られると思っていたので、驚きでした。イリノイ大学の生態学・進化学・保全生物学プログラムの博士課程の一環としてこのプロジェクトを遂行したケビン・リックスは、「私も含め、人々は、微生物が植物に適応的あるいは有益なことをしたからといって、それが必ずしも植物のためにしているとは限らないということを忘れていると思います」と語った。リックスは現在トロント大学の博士研究員である。
植物が干ばつに対処するために微生物がどのように役立っているのかを知るために、リックスは植物のある鉢とない鉢に生きた土壌群落を作った。半分の鉢にはよく水をやり、もう半分には干ばつ条件を与えた。植物が助けを求めるシグナルを発し、助けに来てくれる微生物を選択する可能性がある。
実験の第2段階では、リックスはすべてを混ぜ合わせた。第1段階と同じ土壌で再び植物を栽培し、同じ散水処理を続けたが、何世代にもわたってよく水を与えてきた土壌で干ばつに見舞われる植物もあれば、その逆の植物もあった。彼は、歴史的に乾燥した鉢に生息していた土壌微生物は、歴史的に湿った鉢に生息していた微生物よりもそのような状況に適応し、植物が干ばつに耐えるのを助けるだろうと予想した。そして、それが彼の発見であった： 干ばつを経験した植物は、干ばつに適応した微生物で育てた方が大きくなったのである。
しかし、ここが重要なのだが、これは第一段階で植物を植えた土壌でも、植えなかった土壌でも同じだった。つまり、植物が化学的シグナルによって微生物を選択しなくても、微生物は時間とともに干ばつに適応していったのである。しかし、何世代か後に植物と一緒に育てた場合にも、微生物が恩恵をもたらしたのである。これは、微生物が自分自身のことをしており、付随的に植物を助けているに過ぎないという証拠である。
これまでの研究では、植物を対照とした研究はなく、植物と微生物は共進化的な対話の中でコミュニケーションをとっていると結論づけられた。
"我々の結果は、何を相互利益とみなすかについての古典的な考え方に挑戦するものである。菌根菌や窒素固定細菌は一種のモデル系であり、相互主義について語るときに研究されるものである。しかし、まだ解明されていない相互作用の中には、相互利益や、少なくとも植物に一方的な利益をもたらす可能性のある、より曖昧なものがある。イリノイ大学ACES学部自然資源環境科学科のトニー・ヤナレル准教授は、「私たちのアプローチは、このシステムにスポットライトを当てたと思います」と共著者である。
研究者たちはまた、第1段階の土壌の一部を殺菌してから第2段階の処理を施した。これらのポットでは、歴史的に乾燥した土壌に植えられた植物は、干ばつに見舞われたときでも、何ら問題はなかった。
「先行研究の中には、微生物がいる土壌といない土壌を実際に比較したものがなかったので、微生物が効果をもたらしたと断定するのは難しいのです」とヤナレルは言う。「しかし、我々の実験では微生物を滅菌してしまったため、干ばつ適応の恩恵がなくなってしまったのです」。
研究者たちは、実験に使われた微生物を特定しなかったので、微生物がどのように植物に恩恵を与えていたのか正確にはわからない。しかし、リックス氏によれば、土壌微生物は、植物がストレスに耐えるのを助ける可能性のある多くのプロセスに関与しているという。
「微生物は養分と炭素の循環を担っているので、実際に植物が水にアクセスしやすくなっているかどうかは別として、植物をより健康にし、ストレスに強くする養分を解放している可能性はあります」と彼は言う。
リックス氏は、この研究が生態学研究のパラダイムを変えるものだと主張するのはためらわれる、と述べた。しかし彼は、この研究が他の科学者たちに、今後の研究で微生物や植物を用いない対照を検討するきっかけになることを期待している。私たちの足元で実際に何が起こっているのかが明らかになるかもしれないのだ。
詳細はこちら： Kevin D. Ricks et al, Soil moisture incidentally selects for microbes that facilitate locally adaptive plant response, Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences (2023). DOI: 10.1098/rspb.2023.0469
ジャーナル情報 英国王立協会紀要
提供：イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校