植物は、光合成によって生成される糖を、昼間に熱を感知し、それに対応するための重要なシグナルとして利用しています。この研究は、より環境変化に強い作物の開発につながる可能性があります。
最近、カリフォルニア大学リバーサイド校の孟晨教授らの研究チームは、昼間の植物における熱感知の新たなメカニズムを明らかにしました。この発見は、主に夜間のセンサーに焦点を当てていたこれまでの考えに挑戦するものです。研究は、このプロセスにおける糖の重要な役割を強調し、植物が環境に適応する方法について、より完全な全体像を提供しています。
これまでの科学者は、フィトクロムBや早期開花3（ELF3）などのタンパク質が、主に夜間に活性化する主要な熱センサーであると考えていました。しかし、これらのモデルでは、光と温度の両方が高い昼間に植物が熱にどのように反応するのかを説明できませんでした。この問題を解明するため、研究チームは、遺伝子研究でよく使用される小さな開花植物であるシロイヌナズナを使用しました。彼らは、植物をさまざまな温度と光の条件下にさらし、茎（胚軸）が熱にどのように反応して成長するかを観察しました。
その結果、フィトクロムBの熱感知能力は、明るい光の下で低下することが示されました。にもかかわらず、植物は依然として熱に反応しており、他のセンサーが働いていることが示唆されました。さらなる実験により、フィトクロムBが機能していないとき、つまり暗闇では、植物は熱に反応できないことが判明しました。生育培地に糖を加えると、この反応が回復し、糖がより高い温度のシグナルとして機能していることが示されました。
この研究では、高温が葉のデンプンを分解し、スクロースを放出することも判明しました。この糖は、成長を制御するPIF4と呼ばれるタンパク質を安定化させます。スクロースがないと、PIF4は急速に分解されますが、スクロースがあると、タンパク質が蓄積し、別のセンサーであるELF3も熱に反応したときに活性化します。この糖とタンパク質を含む二重のメカニズムにより、植物は昼間の熱に応じて成長を調整することができます。2025年にNature Communicationsに発表されたこの発見は、植物の熱感知について、より微妙な理解を提供しています。
昼間に植物がどのように熱を感知するかを理解することは、気候変動の中で食料安全保障を確保するための農業慣行を創出するために不可欠です。この研究は、極端な温度に対する耐性がより高い作物を開発するのに役立つ可能性があります。この知識は、気候変動の影響によりよく耐えることができる植物を育種するために使用でき、安定した食料供給を確保することができます。