オジギソウが「おじぎ」する目的や仕組みを解明!
オジギソウが「おじぎ」する目的や仕組みを解明! / Credit: 埼玉大学 – オジギソウはどのようにして、何のために葉を動かすのか?(2022)
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オジギソウは、どのようにして、何のために葉を動かすのか? -「光る」「おじぎをしない」オジギソウを用いて、虫害防御高速運動を解明- http://www.saitama-u.ac.jp/topics_archives/2022-1028-1130-16.html
Calcium-mediated rapid movements defend against herbivorous insects in Mimosa pudica https://www.nature.com/articles/s41467-022-34106-x#Abs1

2022.11.16 Wednesday

オジギソウはなぜ「おじぎ」するのか? 実は不明だった目的や仕組みを解明!

マメ科植物の「オジギソウ(学名:Mimosa pudica)」は、刺激を与えると、対になった葉をパタパタと閉じていきます。

その様子がまるでお辞儀をしているように見えることから、この和名が付けられました。

一方で、オジギソウが「どのように葉っぱを動かすのか、何の目的で葉を閉じるのか」は解明されていませんでした。

そこで今回、埼玉大学大学院 理工学研究科のチームは、蛍光技術などを用いて「おじぎ運動」を引き起こす化学シグナル分子を可視化。

その結果、オジギソウは葉が傷つけられると、全身にカルシウム(Ca2+)・電気シグナルを高速で伝達して葉を閉じることが明らかになりました。

さらに、そこには昆虫の食害から身を守る目的があったようです。

研究の詳細は、2022年11月14日付で科学雑誌『Nature Communications』に掲載されています。

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「おじぎ」を引き起こすシグナル分子の動きを解明!

当然ながら、植物には葉や根を自在に動かすための神経および筋肉がありません。

しかしオジギソウは、ある程度の強い刺激を感じると、「葉枕(ようちん)」という運動器官を曲げて葉をスピーディーに閉じていきます。

葉がパタパタと閉じる
葉がパタパタと閉じる / Credit: ja.wikipedia

おじぎ運動の研究はダーウィンの時代から続いていますが、この高速運動を引き起こすシグナル分子の正体おじぎの役割は長らく不明のままでした。

そこで研究チームは、おじぎ運動を起こしているシグナル分子を特定するため、カルシウムイオン(Ca2+)の蛍光バイオセンサー(GCaMP)を発現させた「光るオジギソウ」を作成。

これによって、接触や傷害などの刺激が発生したときのCa2+シグナルを可視化しました。

※ カルシウムイオンは、筋肉の収縮や神経伝達など、数多くの生理学的役割を果たすことで知られている。

刺激を感じると「葉枕」が屈曲して葉が動く
刺激を感じると「葉枕」が屈曲して葉が動く / Credit: 埼玉大学 – オジギソウはどのようにして、何のために葉を動かすのか?(2022)

そして葉をハサミで傷つけたところ、葉枕で次々にCa2+シグナルが発生し、葉がパタパタと閉じていったのです。

傷害後、だいたい2.5秒でCa2+シグナルが発生し、そのわずか0.1秒後には葉が閉じ始めました。

こちらは、刺激によりCa2+シグナルが発火する様子を可視化したものです。

シグナル発生と葉が閉じる様子
シグナル発生と葉が閉じる様子 / Credit: Takuma Hagihara et al., Nature Communications(2022)

また、おじぎ運動には古くから、活動電位のような電気シグナルが関与していることが示唆されています。

チームは、Ca2+シグナルと電気シグナルとの関係を探るべく、両方のシグナルを同時測定できる技術を開発し、2つのシグナルを解析しました。

その結果、オジギソウに刺激を与えると、傷ついた部位から両方のシグナルが発生し、葉脈などを介して全身にすばやく伝播することが分かったのです。

刺激が葉脈から伝達されて行く様子
刺激が葉脈から伝達されて行く様子 / Takuma Hagihara et al., Nature Communications(2022)

このとき、双方のシグナルの時空間情報(同じ速度で、同じ地点を通過)が見事に一致していました。

オジギソウを傷つけた時に発生するCa2+・電気シグナルの同時測定
オジギソウを傷つけた時に発生するCa2+・電気シグナルの同時測定 / Credit: 埼玉大学 – オジギソウはどのようにして、何のために葉を動かすのか?(2022)

そしてオジギソウの葉を閉じる運動は、Ca2+チャネルを阻害する薬剤やCa2+を除去する薬剤で処理すると起こらなくなりました。

このことから、カルシウムイオン(Ca2+)が「おじぎ運動」を引き起こすスイッチ(長距離・高速シグナル)として働いていたと結論できます。

チームは次に、おじぎ運動の生理学的な役割を解明することにしました。

次ページおじぎは「昆虫の食害」から身を守るためだった

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