ヘモグロビンと聞いて何を思い浮かべますか？ あなたが私のような人なら、血液、酸素、鉄、医療検査が頭に浮かびます. しかし、ヘモグロビンの話には、脊椎動物の循環器系よりもはるかに多くのことがあります. ヘモグロビンとそれに似た分子は、植物を含むさまざまな生物に見られます。 レグヘモグロビンとして知られる、植物に見られるヘモグロビンのサブセットは、商業的および商業的に不可欠であることが知られています。 マメ科植物と窒素固定細菌によって形成される生態学的に重要な共生. 彼らの最近の論文で Annals of Botany、Du、Gao、および中国の福建農林大学の同僚 ダイズにおけるヘモグロビン遺伝子の存在と発現の調査. 彼らが提示したデータは、大豆が形成する窒素固定共生の効率を最大化する可能性が高い方法のXNUMXつと、この相互作用が野外で最もよく機能するのにどのように役立つかを強調しています.
レゲモグロビンは、マメ科植物の窒素固定根粒で生成されます。 それらは、これらの結節内の窒素固定細菌に少量の酸素を供給するように機能します. 酸素が多すぎると適切な窒素固定が阻害されるため、このプロセスは厳密に制御されています。 これらのレグヘモグロビンは、多くのマメ科植物の窒素固定結節にわずかな赤ピンク色を与えます。 ただし、古い結節では、緑色のレグヘモグロビンも生成され、結節の老化 (死) に関連しています。 これらの緑色のレグヘモグロビンは、赤色のレグヘモグロビンの分解産物である可能性があります。
大豆の根粒のライフサイクルを理解するために、Du、Gao らは、大豆の根粒が発達するにつれて、さまざまな根粒の特性を監視しました。 他の結果と並行して、彼らは結節の赤い色素沈着が結節の高い成長とともにピークに達したことを発見しました。 窒素固定活性も、接種後約 30 日で赤い色素沈着と結節の成長とともにピークに達しました。 結節の窒素固定活性はその後低下し、緑色のレグヘモグロビンの産生を伴った。 結節の老化は、結節の老化と外部窒素源の高可用性の両方に関連しています。 著者らは、これがダイズ根粒の場合であることを確認し、窒素の利用可能性が高い場合、根粒は大量の緑色レグヘモグロビンを生成し、窒素固定レベルが低いことを発見しました。
Du、Gaoらは、ダイズが外部窒素の利用可能性を変化させながら窒素獲得を微調整する方法をさらに理解するために、ダイズゲノムにコードされているXNUMXつのヘモグロビンを特定した。 これらのうちの XNUMX つは、レグヘモグロビンの特徴を持っています。 著者らは、これらの遺伝子のうち XNUMX つが結節で高度に発現していることを発見し、これは適切な窒素固定をサポートする役割と一致しています。 これらの XNUMX つの遺伝子の発現は、外部窒素の利用可能性が低い条件下で窒素固定が最大になる時点、またはその数日前にピークに達しました。 対照的に、外部窒素利用率が高い条件では、XNUMXつの遺伝子すべての発現が大幅に減少しました。
最も一般的に栽培されているマメ科植物である大豆は、マメ科作物による畑での窒素の獲得を最適化する方法を検討する際に非常に重要です。 外部からの窒素の利用可能性が低い場合、ダイズや他のマメ科植物は窒素固定細菌との共生相互作用を利用して、利用可能な窒素を取得します。 対照的に、外部窒素の利用可能性が高い場合、新しい結節の開始が減少し、レグヘモグロビンの発現が減少し、既存の結節が老化します。 言い換えれば、マメ科植物は、他の方法では利用可能な窒素が高い場合、使用可能な窒素を取得するために共生に入ったり維持したりする必要はありません. Du、Gaoらが示したように、ダイズは、根粒が老化に入る高窒素利用率への突然の移行時に、これに動的に応答することができます。 Du、Gaoらは、ダイズにおけるレグヘモグロビン遺伝子の発現パターンと応答が、外部窒素の利用可能性が低いときに窒素固定をサポートする役割と一致していること、およびこれらの遺伝子が外部窒素の利用可能性が高いときにダウンレギュレートされることを特定した。
この研究は、間違いなく最も重要なマメ科植物で窒素固定がどのように最適化され、動的に維持されるかについての分子的理解を深めるための基礎を提供します。 それはまた、植物ヘモグロビンが窒素固定共生をサポートする以外にどのような機能を持っているかという興味深い未解決の問題を浮き彫りにします. Du、Gao、および同僚は、ダイズでこれらのうちの XNUMX つを特定したと推定されており、他の研究では、そのようなタンパク質を植物のストレス応答と結び付けています。 ヘモグロビンには血液だけではないようです。
