クチクラは環境に対する葉の第一の防御線である。イザベル・モリーナとその同僚は 成熟したトウモロコシ植物のクチクラを詳しく調べる「私たちのグループは、植物が環境との境界面に堆積する保護脂質バリアをどのように生成するかを理解することに焦点を当てています」とモリーナは語った。「これらのバリアは、新芽のクチクラと樹皮、根、ジャガイモの皮のスベリン（またはコルク）です。チームは、これまでの研究の多くを、よく特徴付けられたモデル植物で行ってきました。 シロイヌナズナ – カラシナ科の植物。アラビドプシスは作物ではありませんが、植物生物学の多くの分野の研究に非常に役立ちます。 シロイヌナズナ 突然変異体が存在することで、クチクラの生合成につながる経路に関与する酵素やタンパク質（転写因子）などの遺伝子産物に機能を割り当てる機会が生まれます。グループの技術的専門知識と科学的知識をトウモロコシのような重要な作物に適用する機会は、もちろん非常に魅力的でした。私たちは貴重な貢献ができると確信していました。」
クチクラは植物の重要な部分です、とモリーナは言います。「すべての植物と動物は、環境から身を守るバリアで保護されていなければなりません。動物の皮膚と同じように、クチクラは植物の地上部分を覆うワックス状の層で、昆虫や微生物病原体の攻撃、極端な温度、紫外線、脱水から植物を保護します。しかし、おそらくクチクラの最も重要な役割は、植物からの水分損失を防ぎ、脱水を防ぐことです。クチクラは、細胞の最も外側の層である表皮で作られ、多くの脂肪酸を強力なポリマーに結合して生成される複合脂質であるクチンとワックスで構成されています。他の微量成分に加えて、ワックスは主に長い炭化水素鎖を含むさまざまな種類の化合物で構成されています。」
通常、苗の葉を見ることから始めるかもしれませんが、モリーナ氏とその同僚は成植物を調べました。成植物を調べることは重要でした。特に、他の多くの人が幼植物を研究していたからです。モリーナ氏は、幼植物の葉は成植物の葉とは著しく対照的であると述べました。「完全に成長した幼植物の葉、つまり植物が生成する最初の6〜8枚の葉は、成熟した成葉とは非常に異なるクチクラ組成を示します。たとえば、幼植物には、成葉には見られないワックス結晶の密なコーティングがあります。また、成熟した幼植物の葉のワックスは、非常に長鎖のアルコールとアルデヒドが大部分を占め、アルカンとエステルの割合は低くなります。幼植物のほとんどは通常、干ばつストレスが穀物収量に最もダメージを与える花と種子の発育中に分解され、植物から落ちます。農学的には、これは間違いなく植物の寿命の中でより重要な段階であるため、成葉のクチクラの組成、構造、機能、および干ばつ耐性におけるその役割を徹底的に調査することも不可欠です。」
研究チームが研究対象に選んだのは、最初の成葉である8番葉でした。論文によると、この葉は基部から成長するため、葉の細胞には発達段階の勾配が見られます。葉の細胞の膨張が止まると水のバリアが形成されるため、クチクラの発達にも葉に沿って勾配が見られます。これは驚くべきことではないとモリーナ氏は述べましたが、結果には予想外の点もありました。化学組成に関しては、葉の下部の広がりのある部分と、上部の最も発達した部分との間に大きな違いがあることは予想していました。実際の葉、あるいはその一部を手に取ると、これらの部分の間に大きな違いがあることは一目瞭然です。葉の上部に行くほど、硬さと厚みが著しく増しています。表面の光沢も葉の長さに応じて変化します。しかし、葉の下部でワックスの総含有量が非常に高いことを発見したのは驚きでした。葉の上部に行くにつれて、含まれるワックスの種類が劇的に変化したのです。構造的には、クチクラの厚さは2～4cmと10cmの間で約33%しか増加せず、それを超えると一定です。おそらく、葉の硬さと厚みは、クチクラ以外の構造的要因に関連している可能性が高いでしょう。
モリーナ氏は、葉の化学的な違いこそが、成長中に何が起きているのかを知る手がかりだと語った。「トウモロコシ成葉のクチクラの化学組成、観察可能な構造、防水機能を結び付けることで、ワックスエステルの割合の増加が観察され、クチンポリマーの蓄積が顕著なときに、クチクラが効果的な防水バリアになるという結論に至りました。したがって、これら 2 つの成分は、トウモロコシ成葉のクチクラの防水バリア機能にとって非常に重要であると思われます。」
化学的な研究は重要ですが、トウモロコシを調査し、増大する干ばつリスクと闘う農家を支援するための、より大きなプロジェクトの一部です。モリーナ氏は、まだ多くの作業が残っていると述べました。「この論文は、米国国立科学財団の寛大な資金提供を受けた、複数の研究室によるより大規模なプロジェクトの一部にすぎません。近い将来、私たちはこの論文で確立された基盤の上に構築していくつもりです。この論文で説明した発達勾配に沿って、表皮細胞における遺伝子発現を具体的に記述した研究を発表する予定です。約500の確立されたトウモロコシ栽培品種、または系統のグループが存在し、それらは干ばつ耐性（葉全体の水分損失）に大きな違いがあります。
「私たちは、栽培トウモロコシの多くの異なる系統に存在する極端な遺伝的多様性を利用して、成葉を乾燥から守るクチクラ機能に関連する候補遺伝子を特定します。」
クチクラ機能に重要な候補遺伝子を特定することで、水不足に対処できるより丈夫な作物を生産するように植物育種を導くことが目的です。水の供給をより効率的に管理できる植物は、より効率的に光合成できる植物です。つまり、トウモロコシの生産量が増え、水ストレスによる被害が減るということです。
