同じ遺伝子型の植物が繋がるクローナル植物で、病気が広がりにくいのはなぜか？

为什么疾病在相同基因型的克隆植物中很难传播？

基本信息

批准号：
22K06391
负责人：
鈴木準一郎
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tokyo Metropolitan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

クローナル植物とは、葉と茎や花からなる地上茎と根からなる植物体（ラメット）が、地下茎や匍匐枝を介して栄養繁殖により、複数連結した植物の総称であり、様々なバイオームの草本植物の大半はクローナル植物である。そのため、クローナル植物の生態的特性の理解は、生態系機能の解明に加え、生物多様性の保全においても重要である。さらに、クローナル植物では、匍匐枝などで連結した複数のラメットの間で、水・栄養塩や光合成産物やホルモンなどが移動し、この現象は生理的統合と呼ばれる。生理的統合により、若いラメットの生残率は、非クローナル植物の幼植物よりも高く、クローナル植物が優占する主要因とされる。一方で、生理的統合により、ウイルスや病原菌なども、植物体内で広がりやすいとされる。また、遺伝子組み替えをもたらす有性繁殖の機会が少ないクローナル植物は、病気への対応能力に乏しい。これは、無性繁殖（クローナル成長）のコストと考えられ、有性繁殖が寄生者や病原菌に対する抵抗性を維持する機構（赤の女王仮説）の例と考えられる。では、クローナル植物は、野外で、病気の影響をどの程度、受けているのであろうか。植物の個体群動態に病気が大きく影響する可能性は、指摘されてきたが、クローナル植物の野外での実証研究は少ない。そこで、野外のクローナル植物個体群で、個体内での病気の拡散程度を定量し、これを非クローナル植物のそれと比較すれば、クローナル成長のコストを評価できる。一方で、野外のクローナル植物の個体群では、理論的な予想とは異なり、顕著な病気の蔓延は多くは見られない。なぜ、病気は蔓延しないのだろうか。この現象に対して、「ラメット間の生理的統合が、植物の免疫（全身獲得抵抗性；病原体に局所的に曝された植物体に見られる全身の抵抗性反応）としても機能する」という仮説を提唱し検討を試みる。

克隆植物是由地上茎和由叶、茎、花组成的根组成的多个植物体（分株）通过地下茎和匍匐茎进行无性繁殖而连接起来的植物的总称，是来自各种植物的草本植物。大多数植物是克隆植物。因此，了解克隆植物的生态特征不仅对于阐明生态系统功能而且对于保护生物多样性具有重要意义。此外，在克隆植物中，水、养分、光合产物、激素等在由匍匐茎连接的多个分株之间移动，这种现象称为生理整合。由于生理整合，幼龄分株的成活率高于非克隆植物的幼苗，这被认为是克隆植物占据优势的主要因素。另一方面，据说由于生理整合，病毒和病原体很容易在植物体内传播。此外，克隆植物进行有性繁殖（导致基因改造）的机会较少，因此应对疾病的能力较差。这被认为是无性繁殖（克隆生长）的成本，也是有性繁殖维持对寄生虫和病原体抵抗力的机制的一个例子（红皇后假说）。那么，克隆植物在田间受病害影响的程度有多大？有人指出疾病会对植物种群动态产生重大影响，但对克隆植物的实地实证研究很少。因此，通过量化田间克隆植物群体内疾病传播的程度并将其与非克隆植物进行比较，可以评估克隆生长的成本。另一方面，与理论预期相反，克隆植物的田间种群通常不会表现出明显的疾病传播。为什么疾病没有传播？针对这种现象，假设是“分株之间的生理整合也起到植物免疫的作用（系统获得性抗性；在局部暴露于病原体的植物中观察到的系统性抗性反应）。”我们建议并尝试考虑下列的。