植物は匂いを嗅ぐことができます、今研究者はその方法を知っています。Science daily より

植物には嗅覚に代わる匂い物質と結合する遺伝子発現制御に関わる転写制御因子あることを特定した。転写制御因子が「匂い受容体候補」として機能している可能性を示しました。植物は病害や虫害を受けると、植物間のコミュニケーションと防御のために匂い物質を放出することは知られていた。今回、たばこの葉の研究で、病害や虫害を受けるとベータ・カリオフィレンなどの匂い物質（精油成分）の放出、匂い物質が転写制御因子結合して、抵抗性遺伝子の発現。植物の匂いの環境がよっては精油の成分が変わってくる可能性があるのかと思いました。日本語の文献は、本研究成果を応用することで、香りを利用して食害や病害に強い植物の作製が可能になることが期待されます。と書いていました。

Plants can smell, now researchers know how

植物は匂いを嗅ぐことができます、今研究者はその方法を知っています

https://www.sciencedaily.com/releases/2019/01/190123105827.htm

First steps to understanding biochemistry of how plants detect odors

植物が匂いを検出する方法の生化学を理解するための最初のステップ

Date: January 23, 2019

Source: University of Tokyo

出典　：東京大学

Summary:

概要

Plants don't need noses to smell. The ability is in their genes. Researchers have discovered the first steps of how information from odor molecules changes gene expression in plants. Manipulating plants' odor detection systems may lead to new ways of influencing plant behavior.

植物は匂いを嗅ぐために鼻を必要としません。能力は彼らの遺伝子にあります。研究者たちは、匂い分子からの情報が植物の遺伝子発現をどのように変化させるかの最初のステップを発見しました。植物の匂い検知システムを操作することは、植物の行動に影響を与える新しい方法につながる可能性があります。

FULL STORY

全文

Plants don't need noses to smell. The ability is in their genes. Researchers at the University of Tokyo have discovered the first steps of how information from odor molecules changes gene expression in plants. Manipulating plants' odor detection systems may lead to new ways of influencing plant behavior.

植物は匂いを嗅ぐために鼻を必要としません。能力は彼らの遺伝子にあります。東京大学の研究者らは、匂い分子からの情報が植物の遺伝子発現をどのように変化させるかの最初のステップを発見しました。植物の匂い検知システムを操作することは、植物の行動に影響を与える新しい方法につながる可能性があります。

odor detection 匂い検知

The discovery is the first to reveal the molecular basis of odor detection in plants and was more than 18 years in the making.

この発見は、植物の匂い検知の分子基盤を明らかにした最初の発見であり、18年以上の歳月をかけて行われました。

"We started this project in 2000. Part of the difficulty was designing the new tools to do odor-related research in plants," said Professor Kazushige Touhara of the University of Tokyo.

「このプロジェクトは2000年に始まりました。難しさの一部は、植物の匂い関連の研究を行うための新しいツールを設計することでした」と東京大学応用生命化学専攻 生物化学研究室 東原 和成教授は述べています。

Plants detect a class of odor molecules known as volatile organic compounds, which are essential for many plant survival strategies, including attracting birds and bees, deterring pests, and reacting to disease in nearby plants. These compounds also give essential oils their distinctive scents.


植物は、鳥やミツバチの誘引、害虫の抑止、近くの植物の病気への反応など、多くの植物の生存戦略に不可欠な揮発性有機化合物として知られる匂い分子のクラスを検知します。これらの化合物はまた、エッセンシャルオイルに独特の香りを与えます。

Touhara's team exposed tobacco cells and 4-week-old tobacco plants to different volatile organic compounds. They discovered that odor molecules change gene expression by binding to other molecules called transcriptional co-repressors that can turn genes on or off.

東原教授のチームは、タバコ細胞と4週齢のタバコ植物をさまざまな揮発性有機化合物にさらしました。彼らは、匂い分子が、遺伝子をオンまたはオフにすることができる転写コリプレッサーと呼ばれる他の分子に結合することによって遺伝子発現を変化させることを発見しました。

Corepressor：コリプレッサー（遺伝子の発現を抑制する分子である）
ウィキペディアより

In plants, the odor molecules must move into the cell and accumulate before they affect plant behavior. In animals, odor molecules are recognized by receptors on the outside of cells in the nose and immediately trigger a signaling pathway to recognize the odor and change behavior.

植物では、匂い分子は植物の行動に影響を与える前に細胞内に移動し、蓄積する必要があります。動物では、匂い分子は鼻の細胞の外側にある受容体によって認識され、すぐに匂いを認識して行動を変えるためのシグナル伝達経路を誘発します。

"Plants can't run away, so of course they react to odors more slowly than animals. If plants can prepare for environmental change within the same day, that is probably fast enough for them," said Touhara.

「植物は逃げられないので、もちろん動物よりも匂いに反応するのが遅いです。植物は同じ日に環境変化に備えることができれば、それはおそらく彼らにとって十分な速さです」と東原教授は述べています。

Speed is unnecessary for plants, but they may be able to recognize a much greater variety of odor molecules.

植物にとって速さは必要ありませんが、はるかに多様な匂い分子を認識できる可能性があります。

"Humans have about 400 odor receptors. Elephants have about 2,000, the largest number in animals. But based on how many transcription factor genes are in plants, plants may be able to detect many more odors than animals," said Touhara.

「人間には約400の匂い受容体があります。ゾウは約2,000で、動物では最多です。しかし、植物に含まれる転写因子遺伝子の数に基づいて、植物は動物よりもはるかに多くの匂いを検知できる可能性があります」と東原教授は述べています。

Touhara imagines applying these discoveries to influence crop quality or character without the complications of gene editing or pesticide use.

Farmers could spray their fields with an odor associated with a desired plant behavior. For example, an odor that triggers plants to change the taste of their leaves to deter insects.

東原教授はこれらの発見を応用して、遺伝子編集や農薬使用の複雑なことをしないで作物の品質や特性に影響を与えることを想像しています。農家は、望ましい植物の行動に関連する匂いを畑に噴霧することができます。たとえば、植物が葉の味を変えて昆虫を阻止するきっかけとなる匂い。

"All creatures communicate with odor. So far, our lab has studied within-species communication: insect to insect, mouse to mouse, human to human. This understanding of how plants communicate using odor will open up opportunities to study 'olfactory' communication between all creatures," said Touhara.

「すべての生き物は匂いとコミュニケーションを取ります。これまで、私たちの研究室では、昆虫から昆虫、マウスからマウス、ヒトとヒトという種内コミュニケーションを研究してきました。植物が匂いを使ってどのようにコミュニケーションをとるかを理解することは、すべての生き物の間の『嗅覚』コミュニケーションを研究する機会を開くでしょう」と東原教授は述べています。

The University of Tokyo research team made their discoveries using tobacco plants, a common model organism. They expect research teams around the world will soon verify the discovery in many other types of plants.

東京大学の研究チームは、一般的なモデル生物であるタバコ植物を用いて発見しました。彼らは、世界中の研究チームが他の多くの種類の植物で発見をすぐに検証することを期待しています。

下記は上記記事内容の日本語版です。下記で匂い物質がベータ・カリオフィレンであることがわかりました。

東京大学大学院農学生命科学研究科·農学部

植物における「匂い受容体候補」の発見 ―鼻がない植物が匂いを嗅ぐ仕組みの一端を解明

https://www.a.u-tokyo.ac.jp/topics/topics_20190125-1.html

図1　植物においては転写制御因子が「匂い受容体」として機能する
植物が病害や食害誘導的に匂い物質を放出し、それに応答することは知られていましたが、匂い物質をどのようなメカニズムで受容しているのかはわかっていませんでした。本研究では、ベータ・カリオフィレンという匂い物質とタバコに着目し、ベータ・カリオフィレンと結合する転写制御因子が「匂い受容体」として機能している可能性を示しました。

図と発表内容は記載していませんので上記のURLをクリックして見てください。


発表のポイント

＊植物は鼻がないのに匂い物質(注1)を感じることができるという事実は1980年代から報告されていますが、そのメカニズムは不明でした。タバコをモデル植物として用いて匂い感知機構を調べた結果、匂い物質と結合して遺伝子発現制御に関わる転写制御因子(注2)を特定しました。

＊植物においては、動物がもつ嗅覚受容体(注3)とは異なり、転写制御因子が匂い物質を感知する「匂い受容体」として機能している可能性を初めて示唆します。

＊本研究成果を応用することで、香りを利用して食害に強い植物の作製が可能になることが期待されます。

発表概要

　自然環境下において、昆虫に食べられた植物の周辺に生育している植物は、昆虫に食べられにくくなることが報告されています。近年、食害を受けた植物から放出される「匂い物質」によって、周囲の健康な植物にこのような変化が引き起こされていることが明らかになってきました。しかし、鼻や神経系のある動物とは異なり、植物がどのようにして匂い物質の情報を受け取っているのかは長らく明らかになっていませんでした。本研究ではまず、タバコ由来の培養細胞を用いて、植物から放散されることが知られているまざまな匂い物質が、抵抗性遺伝子の発現を活性化するか検討しました。その結果、アロマオイルなどに含まれるベータ・カリオフィレン(注4)とこれに似た構造の匂い物質が、特異的に、ある抵抗性遺伝子の発現を誘導することを見つけました。さらに、タバコ植物体においても、ベータ・カリオフィレンはこの遺伝子の発現を活性化することがわかりました。これらの結果は、植物が匂い物質の構造を感知していることを強く示唆します。そこで、ß-カリオフィレンの分子構造を認識する「匂い受容体」を探索することとしました。その結果、TOPLESS(注5)という転写制御因子が、ß-カリオフィレンを「鍵と鍵穴」のように認識するタンパク質であることが明らかになりました。実際に、TOPLESS タンパク質を多く持つ組み替えタバコ培養細胞と組み替えタバコ植物体を作出して、ベータ・カリオフィレンに対する応答を解析したところ、TOPLESSは抵抗性遺伝子の発現制御に関わっていることが示唆されました。本研究の成果は、植物においては、動物がもつ嗅覚受容体とは異なり、転写制御因子が匂い物質を感知する「匂い受容体」として機能している可能性を初めて示唆します。本研究成果を応用することで、香りを利用して食害や病害に強い植物の作製が可能になることが期待されます。