ヒマワリがどうやって太陽の方向を向くのか、まだ完全にはわかっていない

地球が自転し、太陽が東から西へ空を移動すると、ヒマワリは鮮やかな黄色の顔を向けて太陽を追う。このプロセスの背景にあるメカニズムは、向日性と呼ばれ、植物生物学者にとって未だ謎である。10月31日にPLOS Biology誌に発表された研究は、ヒマワリの太陽を追う能力が、すべての植物が従う、よりよく知られた光への反応に関連している可能性を排除しているようだ。ヒマワリは、代わりに太陽を追跡するために、おそらくいくつかのより複雑なプロセスに頼っている。

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植物は 1 か所に根を張っているため、栄養を作るために必要な光が隣の植物によって遮られたり、日陰になったりすると、植物は移動できません。植物は成長や伸長によって光に向かって移動しますが、その背後にはいくつかの分子システムがあります。最もよく知られている反応は光屈性反応です。フォトトロピンと呼ばれるタンパク質が、苗に不均一に当たる青色光を感知し、植物の成長ホルモンが再分配されます。これにより、最終的に植物は光の方向に曲がることになります。

植物生物学者は長い間、ヒマワリが太陽を追う能力は光屈性と同じメカニズムに基づいていると想定してきました。太陽を追跡するために、ヒマワリの頭は茎の東側にわずかに傾きます。これにより、頭は太陽が昇る方向に向けられます。その後、太陽が空を横切るにつれて西に移動します。以前の研究では、ヒマワリには日の出を予測し、花粉を運ぶ昆虫が朝にやってくる時間に合わせて花を咲かせる体内時計があることが示されました。

この太陽追跡能力がシュルーであるかどうかを調べるために、新しい研究チームは、研究室で育てたヒマワリと、日光の当たる屋外で育てたヒマワリを使用しました。両植物が光源にさらされたときにどの遺伝子が活性化するかを調べました。室内で育てたヒマワリは、研究室の青い光源に向かってまっすぐに成長し、フォトトロピンに関連する遺伝子を活性化しました。屋外で育てられ、太陽に合わせて頭を振った花は、遺伝子発現のパターンが異なっていました。これらのヒマワリは、茎の片側と反対側でフォトトロピン分子に明らかな違いはありませんでした。

「ヒマワリが毎日太陽を追う様子を研究する中で、私たちは次から次へと驚きの発見をしてきました」と、研究の共著者でカリフォルニア大学デービス校の植物生物学者ステイシー・ハーマー氏は声明で述べた。「この論文では、ヒマワリが追跡運動を開始し維持するために異なる分子経路を使用していること、そして植物を曲げる原因として最もよく知られている光受容体が、この驚くべきプロセスにおいて小さな役割を果たしているようだと報告しています。」

研究チームはまた、遮光ボックスを使って青色、紫外線、赤色、遠赤色光を遮断した。遮光ボックスは、太陽への反応に何の影響も与えなかった。研究チームによると、これは太陽を追うという同じ目的を達成するために、異なる波長の光に反応する複数の経路が存在する可能性を示しているという。

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向日性に関わる遺伝子はまだ特定されていない。「フォトトロピン経路の可能性は排除できたようだが、決定的な証拠は見つからなかった」とハーマー氏は語った。

研究室で育てたヒマワリを屋外に移すと、初日から太陽を追跡し始めた。当初、植物の影になっている側で遺伝子発現が急増したが、次の日にはそのような現象は見られなかった。ハーマー氏は、これは植物内で何らかの「配線変更」が起こっていることを示していると述べた。

この研究は、ヒマワリが太陽を追跡するプロセスの一部を解明するだけでなく、植物のメカニズムを理解するための将来の実験を計画することにも関連しています。

「栽培室のような管理された環境で定義したものが、現実の世界ではうまくいかない可能性がある」とハーマー氏は言う。