寄生雑草を「だまし討ち」！食糧危機を救うかもしれない驚きの戦略とは？
作物の栄養を横取りし、収穫を台無しにしてしまう厄介な寄生雑草。特に食糧不安が深刻な地域では、これらの「ただ飯食らい」とも言える植物によって、畑全体が壊滅的な被害を受けることもあります。しかし、もしこれらの侵略者をだまして自滅に追い込むことができたらどうでしょう？カリフォルニア大学リバーサイド校の科学者たちが、まさにそんな画期的な方法を発見したかもしれません。彼らが注目したのは「ストリゴラクトン」という植物ホルモン。この物質を利用し、寄生雑草が持つ生物学的メカニズムを逆手に取ることで、まるで「自殺スイッチ」を押させるかのような驚きの戦略です。この記事では、世界の食糧問題解決の新たな一手となるかもしれない、この興味深い研究について詳しくご紹介します。
サハラ以南のアフリカやアジアの一部地域では、すでに食糧不安に苦しんでいますが、イネやソルガムのような主要作物の畑全体が、作物が成長する前に栄養を吸い取ってしまう潜行性の雑草群によって失われることがあります。農家は効果的な対策がほとんどないまま、これらの寄生植物と戦っていますが、カリフォルニア大学リバーサイド校の研究者たちは、雑草自身の生物学的性質を逆手に取る方法を見つけ出したかもしれません。この策略は、2025年1月17日発行の科学雑誌Scienceに詳述されており、その核心にはストリゴラクトンと呼ばれる一群のホルモンがあります。これらは目立たない化学物質ですが、二重の役割を果たしています。植物内部では成長や水不足のようなストレスへの応答を制御するのを助けます。外部では、植物ホルモンとしては珍しい働きをします。
「ほとんどの場合、植物ホルモンは外部に放射されません。つまり、分泌されないのです。しかし、これらはそうします」と、カリフォルニア大学リバーサイド校の植物生物学者であり、論文の共著者であるデビッド・ネルソン博士（David Nelson, PhD）は述べています。「植物はストリゴラクトンを使って、植物の根と有益な関係を持つ土壌中の菌類を引き寄せます。」
農家にとっては不運なことに、寄生雑草はストリゴラクトンのシグナルを乗っ取り、侵入の合図として利用することを学習してしまいました。
雑草がストリゴラクトンの存在を感知すると、発芽して作物の根に付着し、不可欠な栄養素を吸い取ってしまいます。
「これらの雑草は、目を覚ますためのシグナルを待っています。私たちは、それらにとって食物がない不適切な時期にそのシグナルを与えることができます。そうすれば、それらは発芽して死んでしまうのです」とネルソン博士は言います。「これは、本質的に彼らのスイッチを彼ら自身に不利なように入れるようなもので、自殺を促すようなものです。」
ストリゴラクトン生産を理解するために、以前はカリフォルニア大学リバーサイド校に在籍し、現在はカリフォルニア大学サンディエゴ校にいるヤンラン・リー氏（Yanran Li）が率いる研究チームは、細菌と酵母を用いた革新的なシステムを開発しました。大腸菌（E. coli）と酵母細胞を小さな化学工場のように機能するように操作することで、これらのホルモンを生産するために必要な生物学的ステップを再現しました。このブレークスルーにより、研究者は管理された環境でストリゴラクトン合成を研究し、これらの貴重な化学物質を大量に生産できる可能性があります。
研究者たちはまた、ストリゴラクトンの生産に関与する酵素を研究し、これらのホルモンが内部調節因子から外部シグナルへと進化する上で重要だった可能性のある代謝分岐点を特定しました。
「これは植物酵素を調査するための強力なシステムです」とネルソン博士は言います。「これにより、これまで研究されたことのない遺伝子を特徴づけ、それらを操作して、生成されるストリゴラクトンの種類にどのように影響するかを確認することができます。」
農業以外にも、ストリゴラクトンは医療や環境への応用が期待されています。いくつかの研究では、抗がん剤や抗ウイルス剤として使用できる可能性が示唆されており、フロリダの柑橘類作物に大規模な被害を与えている柑橘類グリーン化病との闘いにおける潜在的な役割にも関心が寄せられています。
科学者たちは、雑草の自殺戦略が実際の畑で機能するかどうかについて、まだ疑問を抱いています。「私たちは、化学シグナルをさらに効果的にするために微調整できるかどうかをテストしています」とネルソン博士は言います。「もしそれができれば、これらの雑草と戦う農家にとって画期的なものになる可能性があります。」
この研究は、カリフォルニア大学リバーサイド校の著名な教授であり遺伝学者のジュリア・ベイリー＝セレス博士（Julia Bailey-Serres, PhD）が率いる、全米科学財団（NSF: National Science Foundation）が資金提供するPlants3D研修プログラムによって支援されました。このプログラムは、予測される大規模な世界的食糧不安の問題に対する独創的な生物学的および工学的解決策を設計できるよう学生を訓練しています。
「このプログラムは、学生が最先端技術を使って作物の収穫量と栄養価を高める方法を学ぶのを助けると同時に、彼ら自身の専門的な成長も助けるので、非常にエキサイティングです」とベイリー＝セレス博士は述べています。
Science誌の論文タイトルは「Evolution of Interorganismal Strigolactone Biosynthesis In Seed Plants（種子植物における生物間ストリゴラクトン生合成の進化）」です。
写真；この研究の共同筆頭著者であるUCRの学生アナリーズ・ケイン(Annalise Kane) (Credit: Claudia Sepulveda/UCR)
