ウキクサ植物の個体間花成誘導制御機構の解明

浮萍植物个体间成花诱导控制机制的阐明

基本信息

批准号：
21J15792
负责人：
磯田珠奈子
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J15792/
关键词：
ウキクサ花成誘導植物間コミュニケーション

项目摘要

淡水性の単子葉類であるウキクサ植物は、水面が揺れることで個体同士がぶつかり合う、または昆虫が植物上を歩き回ることで受粉する。そのため、受粉効率を上げるためには近距離の複数個体が同時に開花する必要がある。よって、ウキクサ植物には花成個体が近隣の非花成個体を花成誘導するような、個体間花成誘導コミュニケーションがあるのではないかと考えた。ウキクサ植物の一種であるW. hyalinaは、非花成誘導条件であっても花成個体と混合培養することで花成誘導された。さらにこの他個体による花成誘導は同種間だけではなく、アオウキクサとW. hyalinaといった他種間でも有効であることがわかった。また花成個体の培養培地のみで花成誘導できることから、ウキクサの花成個体が何らかの花成誘導物質を培地中に放出することで近傍の非花成個体を花成誘導するということが明らかとなった。花成誘導物質の特定には至らなかったものの、熱処理実験やODSカラムによる分画から、低分子の熱に強い化合物ではないかと予想している。また、日本全国から採取したアオウキクサの株を用いて花成誘導性を評価したところ、株によって花成誘導性が大きく異なることがわかった。緯度との相関は見られなかったが、花成誘導物質の放出量は同種内であっても株によって差があると考えられる。本研究はウキクサ植物の個体間花成誘導コミュニケーションとその生態学的な意義を明らかにする上で重要性が高い。花成誘導物質が特定されれば、化合物を介した新たな植物間コミュニケーション機構が明らかとなり、植物間相互作用に関する研究をさらに進めることが期待できる。さらに本研究ではウキクサ植物が種を超えて同じ花成誘導物質を使用している可能性が示唆された。このように近縁種が同時に開花する機構が保存されているということは進化的な意義を考える上でも非常に興味深い発見である。

浮萍是淡水单子叶植物，通过水面晃动使植物相互碰撞或在植物上走动的昆虫来授粉。因此，为了提高授粉效率，需要短距离内的多个个体同时开花。因此，我们假设浮萍植物可能通过个体间交流来诱导开花，其中开花个体诱导邻近的不开花个体开花。即使在非开花条件下，通过与开花个体混合培养，也可以诱导W.hyalina（一种浮萍植物）开花。此外，发现其他个体的花诱导不仅在同一物种之间有效，而且在其他物种（如青萍和 W. hyalina）之间也有效。此外，由于仅使用开花个体的培养基即可诱导开花，因此显然浮萍的开花个体通过向培养基中释放某种开花诱导物质来诱导附近的非开花个体开花。尽管我们无法鉴定开花诱导物质，但根据热处理实验和使用 ODS 柱的分馏，我们怀疑它是一种低分子耐热化合物。此外，当我们使用从日本各地收集的浮萍菌株评估成花诱导时，我们发现诱导成花的能力根据菌株而有很大差异。尽管没有观察到与纬度的相关性，但人们认为，即使在同一物种内，不同菌株释放的开花诱导物质的量也不同。这项研究对于阐明浮萍植物个体之间的花诱导通讯及其生态意义具有重要意义。如果鉴定出开花诱导物质，将揭示植物之间新的化学介导的通讯机制，预计植物与植物相互作用的研究将进一步推进。此外，这项研究表明浮萍植物可能在不同物种中使用相同的开花诱导剂。考虑到进化意义，密切相关的物种同时开花的机制以这种方式得以保留，这一事实是一个非常有趣的发现。