新着順:7/2886 記事一覧表示 | 《前のページ | 次のページ》

植物科学:単子葉類でも接木は可能

 投稿者:  投稿日:2022年 2月15日(火)15時13分14秒 103.140.113.230
  通報
  植物科学:単子葉類でも接木は可能
http://www.natureasia.com/ja-jp/nature/highlights/111847?utm_source=Nature_HTML&utm_medium=2022210&utm_campaign=Newsletter
今回、陸上植物で2番目に大きな分類群で多くの主食作物を含む単子葉類において、機能的な接木が可能であることが実証された。この成果は、バナナやアブラヤシといった作物の病気と闘う道を開く可能性がある。

Hard graft problem solved for key global food crops
Colin Turnbull & Sean Carrington
Grafting has long been used to join tissues of different plants in horticulture and research. Methods have now been devised to extend the technique to plants called monocotyledons, which include major crops such as cereals and bananas.
https://media.nature.com/original/magazine-assets/d41586-022-00050-5/d41586-022-00050-5.pdf

The technique of grafting together the shoot of one plant and the roots of another is immensely beneficial in a variety of contexts. However, efforts to use this approach have long failed for certain key crops. On page 280, Reeves et al.1 report success in developing a grafting method that can be used for plants called monocotyledons, or monocots.
Plant grafting has an ancient history, dating back to early civilizations. More than 2,000 years ago, De Agri Cultura (‘On Farm- ing’), a book written by the Roman senator Cato, details the grafting of vines and fruit trees, indicating it to be commonplace. Such grafting practices remain widespread today.
Yet one major group of plants, the mono- cots, have proved problematic for use in grafting. The name refers to the single leaf (a cotyledon) in the plant seed, a feature that distinguishes monocots from other flowering plant groups that have two cotyledons, and that are conventionally called dicotyledons, or dicots. Monocots abound in the global flora. They include all of the world’s cereals ? rice, wheat and maize (corn) ? which together pro- vide more than half the calories consumed by humans. Another key monocot is the banana, a staple food in many nations and the world’s most popular fruit after the tomato.
Despite many attempts to graft monocots, minimal success meant that grafting never became mainstream. Indeed, many experts viewed monocot grafting as a near-impossible feat2,3, often attributing failure to anatomical differences between monocots and dicots, especially monocots’ lack of a specialized inner cellular layer found in dicots called vascular cambium. However, paradoxically, there are witchweeds ? dicot plants of the genus Striga that live as devastating parasites attached to the roots of monocot crops such as maize and sorghum4. The parasite feeds through an interface that is, in essence, a nat- ural graft plumbed into the host’s transport (vascular) systems, proving that nature long ago accomplished a version of grafting that humans have struggled to achieve.

ある植物の新芽と別の植物の根を接ぎ木する技術は、さまざまな状況で非常に有益です。ただし、このアプローチを使用する取り組みは、特定の主要作物では長い間失敗しています。 280ページで、Reeves et al.1は、単子葉植物または単子葉植物と呼ばれる植物に使用できる接ぎ木法の開発に成功したことを報告しています。
植物の接ぎ木には、初期の文明にまでさかのぼる古代の歴史があります。 2、000年以上前、ローマの上院議員カトが書いた本、De Agri Cultura(「農業について」)は、ブドウの木と果樹の接ぎ木について詳しく説明しており、それが当たり前のことであることを示しています。そのような接ぎ木慣行は今日でも広まっています。
しかし、植物の1つの主要なグループである単子葉植物は、接ぎ木での使用に問題があることが証明されています。この名前は、植物種子の単一の葉(子葉)を指します。これは、単子葉植物を、2つの子葉を持つ他の顕花植物グループと区別する機能であり、従来は双子葉植物または双子葉植物と呼ばれていました。世界の植物相に結合した単子葉植物。それらには、世界のすべての穀物(米、小麦、トウモロコシ(トウモロコシ))が含まれ、これらを合わせると、人間が消費するカロリーの半分以上を提供します。もう1つの重要な単子葉植物はバナナです。これは多くの国で主食であり、トマトに次ぐ世界で最も人気のある果物です。
単子葉植物を接ぎ木する多くの試みにもかかわらず、最小限の成功は接ぎ木が決して主流にならないことを意味しました。実際、多くの専門家は、単子葉植物の接ぎ木をほぼ不可能な偉業と見なしており、単子葉植物と双子葉植物の解剖学的差異、特に維管束形成層と呼ばれる双子葉植物に見られる特殊な内部細胞層の欠如が原因であることがよくあります。しかし、逆説的ですが、トウモロコシやソルガムなどの単子葉植物の根に付着した壊滅的な寄生虫として生きるストライガ属の双子葉植物であるウィッチウィードがあります4。寄生虫は、本質的には宿主の輸送(血管)システムに組み込まれた自然の接ぎ木であるインターフェースを介して餌を与え、自然がはるか昔に人間が達成するのに苦労していた接ぎ木のバージョンを達成したことを証明します。

Reeves and colleagues present compelling evidence that monocot grafting is feasible, after all, and propose that the absence of vas- cular cambium is not a limiting factor. Instead, their work focuses on a feature shared by all plants: immature tissue that can be repro- grammed to make the essential connecting structures needed for a successful graft. The authors’ use of fine surgical tools enabled the precise assembly of grafts of young germinat- ing seedlings at a time in the plants’ develop- ment when the root is just emerging, whereas the same method tried in older plants proved much less successful.
One key to plants’ terrestrial dominance is linked to their extraordinary ability to recover from damage, whether arising from storms, herbivore grazing or simply humans mowing the grass. With a much greater regenerative capacity than that of most vertebrates, many types of plant cell are totipotent, enabling the replacement of missing parts. Some- times, this regenerative process requires the formation of a disorganized group of cells called a callus, from which tissues and organs emerge. In grafting, when two cut pieces are placed together, a wound-repair mechanism makes connections between the pieces, result- ing in a new whole plant. An essential feature of this process is connection of the plant’s ‘plumbing system’ ? the vascular highways of tissues called xylem and phloem that transport water, sugars, nutrients and other molecules throughout a plant (Fig. 1).
Reeves et al. report that, within days of making a monocot graft, they observe fluores- cent dyes (applied to the cut surface) moving in both directions across the graft. Vascular cells develop, and the graft is sufficiently strong to be picked up by hand.
The authors find that genes in cells around the graft junction are rapidly expressed, as a prelude to visible signs of graft formation. The expression of many of these genes is a hallmark of regenerative processes. The genes encode wound-repair factors, regulatory proteins and hormones, as well as components needed torestart the cell cycle and cell growth, remodel cell walls and create the essential vascular connections. Some of the gene-expression patterns observed by the authors mirror those seen during graft formation in dicots5, whereas others might be unique to monocots.
Intriguingly, Reeves et al. report that grafts could be made between strikingly different pairs of cereals, such as between wheat and sorghum, that cannot generate a hybrid offspring plant through a conventional pollination approach. The authors explored a spectacular spectrum of edible and ornamen- tal monocots, examining the sorts of plant that can be found by raiding the shelves of garden centres and tropical greenhouses. From palm to pineapple, agave to lily, cardamom to yam, all yielded grafts through cutting and connect- ing young seedlings.
Reevesらは、単子葉植物の接ぎ木が実現可能であるという説得力のある証拠を提示し、維管束形成層の欠如が制限要因ではないことを提案しています。代わりに、彼らの仕事は、すべての植物が共有する機能に焦点を当てています。それは、移植を成功させるために必要な必須の接続構造を作るために再プログラムできる未熟な組織です。著者が優れた外科用ツールを使用することで、根が出てきたばかりの植物の発育において、若い発芽苗の移植片を正確に組み立てることができましたが、古い植物で試みた同じ方法はあまり成功しませんでした。
植物の陸生優勢の鍵の1つは、暴風雨、草食動物の放牧、または単に人間が草を刈るなどの被害から回復するための並外れた能力に関連しています。ほとんどの脊椎動物よりもはるかに大きな再生能力を備えた多くの種類の植物細胞は全能性であり、不足している部品の交換を可能にします。時々、この再生過程は、カルスと呼ばれる無秩序な細胞群の形成を必要とし、そこから組織や器官が出現します。接ぎ木では、2つのカットピースを一緒に配置すると、傷の修復メカニズムによってピースが接続され、新しい植物全体が生まれます。このプロセスの本質的な特徴は、植物の「プランピングシステム」、つまり水、糖、栄養素、その他の分子を植物全体に輸送する木部や師部と呼ばれる組織の血管高速道路の接続です(図1)。

Reeves etal。単子葉植物の移植片を作ってから数日以内に、彼らは(切断面に塗布された)蛍光染料が移植片を横切って両方向に動くのを観察すると報告している。血管細胞が発達し、移植片は手で拾うのに十分な強さです。
著者らは、移植片形成の目に見える兆候の前兆として、移植片接合部周辺の細胞内の遺伝子が急速に発現していることを発見しました。これらの遺伝子の多くの発現は、再生過程の特徴です。遺伝子は、創傷修復因子、調節タンパク質およびホルモン、ならびに細胞周期および細胞増殖を再開し、細胞壁を再構築し、必須の血管接続を作成するために必要な成分をコードします。著者によって観察された遺伝子発現パターンのいくつかは、単子葉植物の移植片形成中に見られたものを反映しています5が、他のものは単子葉植物に特有である可能性があります。
興味深いことに、Reeves etal。小麦とソルガムの間など、従来の受粉アプローチでは雑種の子孫植物を生成できない、著しく異なる穀物のペアの間で移植を行うことができると報告しています。著者は、園芸用品センターや熱帯温室の棚を襲撃することによって見つけることができる植物の種類を調べて、食用および観賞用の単子葉植物の壮大なスペクトルを調査しました。手のひらからパイナップル、アガベからユリ、カルダモンからヤムイモまで、すべてが若い苗を切ってつなぐことで移植片を生み出しました。

Figure 1 | Grafting of crop plants. Plants called monocotyledons, or monocots, include cereals and many tropical crops. Grafting of monocots ? the production of a plant that has roots and shoots from different plants ? has a history of failure. Reeves et al.1 report a successful monocot grafting method. a, This approach in cereals uses germinating seeds. The embryonic shoot (called the plumule) is excised and replaced by
a plumule from a donor seed, ensuring that transplanted material makes close contact with the radicle
(the embryonic region that forms the root). b, Immature cells at the interface of the grafted tissue, called the graft union, reprogram to join up the two parts. Communication and the movement of materials (such as water and nutrients) between the shoot and the root was possible because the xylem and phloem tissues of the transport system connected. Grafting offers a way to engineer plants that have beneficial characteristics, such as those aiding their ability to cope with diseases and stresses exacerbated by climate change.

図1 |作物の接ぎ木。単子葉植物、または単子葉植物と呼ばれる植物には、穀物や多くの熱帯作物が含まれます。単子葉植物の接ぎ木(さまざまな植物からの根と芽を持つ植物の生産)には、失敗の歴史があります。 Reeves et al.1は、単子葉植物の接ぎ木法の成功を報告しています。 a、穀物のこのアプローチは発芽種子を使用します。胚芽(小球と呼ばれる)は切除され、
ドナー種子からの小球、移植された材料が幼根と密接に接触することを確実にする
(ルートを形成する胚の領域)。 b、グラフトユニオンと呼ばれるグラフト組織の界面にある未熟な細胞は、2つの部分を結合するように再プログラムします。輸送システムの木部組織と師部組織が接続されているため、シュートと根の間のコミュニケーションと物質(水や栄養素など)の移動が可能でした。接ぎ木は、気候変動によって悪化する病気やストレスに対処する能力を支援する植物など、有益な特性を持つ植物を設計する方法を提供します。

 
》記事一覧表示

新着順:7/2886 《前のページ | 次のページ》
/2886