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植物科学:単子葉類でも接木は可能 続き

 投稿者:  投稿日:2022年 2月15日(火)15時16分34秒 103.140.113.230
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  Banana proved amenable, even though most cultivated varieties do not make seeds. To succeed with this fruit, Reeves and col- leagues grafted microscopic banana shoots grown in laboratory cultures to genetically different roots. These rapidly developed into normal-looking banana plants. Given that the world’s most popular banana, a variety called Cavendish, is at risk of being wiped out by the fungus that causes the deadly Panama disease, or banana wilt6, grafting bananas onto disease-resistant roots might present an opportunity to combat this threat. Indeed, wheat plants readily succumb to the soil fungus that causes an infection called take-all disease, but Reeves et al. found that the plants were protected if wheat shoots were grafted onto disease-resistant oat rootstocks.
Similar approaches to tackle plant disease already exist for dicots. For example, in the nineteenth century, grapevines were devas- tated by the insect pest phylloxera. Grafting saved the day back then, and most grapes cul- tivated worldwide continue to be grown on phylloxera-resistant rootstocks7. For monocot root crops such as yam, where high-yielding varieties might be limited by shoot suscepti- bility to disease, grafting of plants to disease- resistant shoots could be a game-changer.
Reeves and colleagues’ demonstration that grafting is feasible in monocots opens the door to the investigation of many questions for research, some of which have been explored only in dicots. Previous grafting work has already led to insights into how different parts of a plant communicate with each other. Moreover, grafting offers a way of altering plant development, such as accelerating the start of flowering8, changing plant height8 and modifying the number of branches. With regard to branching regulation, Reeves and colleagues confirmed that monocot roots transmit the same signals as those used by dicots, with grafted roots being able to suppress branching of mutant shoots that lack the ability to make the branch-inhibitinghormone strigolactone9,10. Optimizing the number of stems or branches on a plant is valuable in agriculture. Too few can mean low numbers of the flowers that develop into grains or fruits, but too many create crowded, spindly, unproductive shoots.
Grafting can reveal the types of molecule that travel through the plant vasculature. For example, when a disease-causing agent invades a leaf, local defences are activated, and signals might then travel to the rest of the plant, providing a spreading immunity that provides protection ahead of further attacks. Antimicrobial metabolite molecules can move across graft sites, as can many defence and stress hormones, and other larger signal- ling molecules, such as RNA, peptides and proteins11.
It might not be possible for grafting to be adopted across the millions of hectares currently devoted to cereals ? it would be impractical to graft every seedling before it is transplanted into fields. But there could be huge benefits in grafting high-value crops and longer-lived species such as palm trees, analo- gous to the widely deployed use of grafting of dicot tree fruits, vines, melons and tomatoes. Grafting could offer a way to develop special- ized root systems tailored to local challenges from pests and diseases. Alternatively, it could help plants to cope with drought or adapt to soils that lack nutrients or have high levels of salt. Climate change and certain forms of intensive agriculture are exacerbating many such problems.
Grafting might be superior to using conven- tional breeding to introduce stress-response factors into elite plant varieties. This is especially pertinent if the factors originate from wild undomesticated relatives, because the unpredictable mixing of genomes throughconventional breeding often leads to com- promises in the quality and quantity of crop production.
The next few years should see the refine- ment and expansion of monocot grafting. This should pave the way for the technique to become commercially viable. Monocot graft- ing would add a new weapon to the armoury that could enable plants to remain robust in the face of the many pressures that climate change will continue to exert on the planet’s ecosystems.

ほとんどの栽培品種は種子を作っていませんが、バナナは受け入れやすいことが証明されました。この果実を成功させるために、リーブスと同僚は、実験室の培養で育てられた微細なバナナの芽を遺伝的に異なる根に接ぎ木しました。これらは急速に正常に見えるバナナ植物に成長しました。世界で最も人気のあるバナナ、キャベンディッシュと呼ばれる品種が、致命的なつる割病を引き起こす真菌、またはバナナ萎凋病6によって一掃されるリスクがあることを考えると、耐病性の根にバナナを接ぎ木することは、この脅威と戦う機会をもたらす可能性があります。確かに、小麦植物は、テイクオール病と呼ばれる感染症を引き起こす土壌真菌に容易に屈服しますが、リーブス等。小麦の新芽が耐病性のオーツ麦台木に接ぎ木された場合、植物が保護されることを発見しました。
双子葉植物には、植物病害に取り組むための同様のアプローチがすでに存在します。たとえば、19世紀には、ブドウは害虫のフィロキセラによって荒廃しました。接ぎ木は当時の日を救い、世界中で栽培されているほとんどのブドウは、フィロキセラ耐性の根株で栽培され続けています7。高収量の品種が病気に対するシュートの感受性によって制限される可能性があるヤムイモなどの単子葉植物の根の作物の場合、病気に強いシュートへの植物の接ぎ木はゲームチェンジャーになる可能性があります。
単子葉植物で接ぎ木が可能であるというReevesと同僚のデモンストレーションは、研究のための多くの質問の調査への扉を開きます。そのうちのいくつかは双子葉植物でのみ調査されています。以前の接ぎ木作業は、植物のさまざまな部分が互いにどのように通信するかについての洞察にすでにつながっています。さらに、接ぎ木は、開花の開始を加速する8、植物の高さ8を変更する、枝の数を変更するなど、植物の成長を変える方法を提供します。分岐調節に関して、リーブスと同僚は、単子葉植物の根が双子葉植物によって使用されるものと同じ信号を伝達し、接ぎ木された根が分岐阻害ホルモンのストリゴラクトンを作る能力を欠く突然変異シュートの分岐を抑制することができることを確認しました9,10。植物の茎や枝の数を最適化することは、農業において価値があります。少なすぎると、穀物や果実に成長する花の数が少なくなる可能性がありますが、多すぎると、混雑した、とげのある、非生産的な芽ができます。
接ぎ木は、植物の血管系を通過する分子の種類を明らかにすることができます。たとえば、病気の原因となる病原体が葉に侵入すると、局所的な防御が活性化され、信号が植物の残りの部分に伝わり、さらなる攻撃の前に防御を提供する免疫の広がりを提供する可能性があります。抗菌性代謝物分子は、多くの防御ホルモンやストレスホルモン、およびRNA、ペプチド、タンパク質などの他のより大きなシグナル伝達分子と同様に、移植部位を横切って移動する可能性があります11。
現在穀物に使われている数百万ヘクタールにわたって接ぎ木を採用することは不可能かもしれません。畑に移植する前にすべての苗木を接ぎ木することは現実的ではありません。しかし、双子葉植物の果実、ブドウの木、メロン、トマトの接ぎ木が広く展開されているのと同様に、高価値の作物やヤシの木などの長寿命の種を接ぎ木することには大きなメリットがあります。接ぎ木は、害虫や病気による地域の課題に合わせた特殊な根系を開発する方法を提供する可能性があります。あるいは、植物が干ばつに対処したり、栄養素が不足している土壌や高レベルの塩分を含んでいる土壌に適応したりするのに役立つ可能性があります。気候変動とある種の集約農業は、そのような多くの問題を悪化させています。
接ぎ木は、エリート植物品種にストレス応答因子を導入するために従来の育種を使用するよりも優れている可能性があります。これは、要因が野生の家畜化されていない親戚に由来する場合に特に関係があります。これは、従来の育種による予測できないゲノムの混合が、作物生産の質と量の妥協につながることが多いためです。
今後数年間は、単子葉植物の接ぎ木の改良と拡大が見られるはずです。これは、技術が商業的に実行可能になるための道を開くはずです。単子葉植物の移植は、気候変動が地球の生態系に及ぼし続ける多くの圧力に直面しても、植物が頑強であり続けることを可能にする新しい武器を武器庫に追加します。
https://media.nature.com/original/magazine-assets/d41586-022-00050-5/d41586-022-00050-5.pdf
 
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