アーカイブ: 2022年2月10日

Division of Biogeochemistry of Agroecosystems, Georg-August University of Göttingen, Göttingen, Germanyらのグループは、植物の根圏に存在するバイオフィルムの特徴について語っています。
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8792611/

根は、根圏の機能を調節する物質として、ムシゲル、アミノ酸、二次代謝産物など、さまざまな化合物を根圏に分泌しています。ムシゲルは、ほとんどすべての植物によって生成されるゼラチン状の高分子化合物です。ムシゲルの骨格は多糖類でできていることが知られていますが、タンパク質、ミネラル、脂質らもバイオフィルムの一部です。根圏細菌はまた、細胞外高分子物質（EPS）を分泌しています。 EPSは主に多糖類で構成されていますが、タンパク質、核酸、脂質、ミネラルも含まれており、根圏細菌の住処として、バイオフィルムが根の表面に形成されます。このように、多糖類は両方のバイオフィルムの主要な構成成分でありますが、それらの間で有意差は無いようです（ムシゲルとEPSでそれぞれ77.4％と74.6％）。

具体的には、多糖類の骨格は、ムシゲルとEPSの間で、ガラクトース（ムシゲル= 23.8％; EPS = 22.8％）、フコース（13.9％; 9.9％）、グルコース（16.7％; 28.7％）、ラムノース（12.4％; 15％）、キシロース（13.4％; 8.1％）、およびグルクロン酸（8％; 12.8％）となり、その比率に有意差はありませんでした。しかし、マンノース（3.9％; 18.6％）は、ムシゲルよりもEPSで有意に高く（ほぼ5倍）、アラビノース（16.3％; 4.8％）とガラクツロン酸（27.3％; 7.8％）は、EPSよりもムシゲルにおいて高くなっていました（それぞれ、3.4倍、および3.5倍）。

アルギン酸塩はEPSに含まれる陰イオン性多糖類で、グルクロン酸、ガラクツロン酸、マンヌロン酸などのウロン酸のみで構成されています。アルギン酸塩は、バイオフィルム形成プロセスの開始時に微小コロニーの形成に関与し、EPSの水和を増加させ、Ca2 +、Zn2 +、Cd2 +、およびNi2 +などの陽イオンの捕捉を助けます。ムシゲル中のガラクツロン酸の比率が高いことは、EPSよりもムシゲルの吸水能力が高い主な理由の1つであると考えられます。

ムシゲルは、微生物の食糧として、分解および消費されることもあります。ガラクトース、フコース、アラビノースなどのムシゲルに豊富に含まれる糖が酵素の分解作用で根圏に放出されると、ムシゲルに存在する微生物がそれを栄養として取り込むことが出来ます。ムシゲルに存在する内因性グリコシダーゼ酵素の存在がこの事を裏付けています。微生物はムシゲルをエネルギー源として利用しているようで、土壌に添加されたムシゲル炭素の50％を消費するのに平均7〜15日かかります。ムシゲルのタンパク質含有量が高いと、炭素：窒素比は約16：1になります。これは、微生物の炭素：窒素比の約2倍です。したがって、炭素の50％が異化作用を介して利用され、酸化されてエネルギーになると考えると、微生物にとっての単独のエネルギーの元となる炭素および窒素源として、ムシゲルというのは理想的な組成を持っていることになります。結果として、微生物には、ムシゲルを提供する植物と共有される一般的な栄養素であるミネラル（P、K、Ca、Mgなど）のみが供給されれば良いということになるのです。

Institute of Applied Microbiology, Justus-Liebig-University, Giessen, Germanyらのグループは、小麦の根圏形成における種子由来の根圏細菌と土壌由来の根圏細菌の影響について小麦の遺伝子型や土壌の違いを総合的に研究しています。
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8789879/

種子由来の根圏細菌種は、特定の土壌、特定の小麦の遺伝子型の下で濃縮されていました。全体としてみれば、種子由来の根圏細菌および真菌の微生物種は、根圏と比較して根の内層圏で高くなっています。また、小麦の遺伝子型（A. tauschii、T. aestivum、T. dicoccoides、およびT. durum）の違いが、根圏細菌および真菌の細菌叢の組成に大きく影響しています。面白いことに、小麦のT.durum株とその祖先であるT. dicoccoides株の根圏微生物叢の組成は、3つの異なる土壌で類似していましたが、濃縮された細菌・真菌属は土壌によって異なっていました。根圏微生物叢の環境変数の分析からは、根圏細菌と真菌が土壌中のアンモニウムと硝酸塩の含有量によって著しく影響を受けることが分かりました。

非常に大雑把に言えば、根圏微生物叢の形成は、種子が土壌に植えられた直後に始まり、種子微生物叢、植物遺伝子型、および土壌微生物叢が、植物の根から分泌される特定の二次代謝物やシグナル伝達物質の結果として、協調的に最終形態を形成していくと言えるのです。

Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales, Université de Toulouse, CNRS, UPS, Auzeville-Tolosane, Franceらのグループは、苔類のゼニゴケの細胞壁におけるタンパク質の発現状態を報告しています。
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8792609/

植物の細胞壁は、ペクチン、ヘミセルロース、セルロースなどの多糖ポリマーと、木化した二次壁のリグニンでできた複合構造です。この研究では、苔類のゼニゴケから410種類の細胞壁に存在するタンパク質が同定されました。

典型的な結果は次の通りです。

細胞壁多糖ネットワークのリモデリングに関与する細胞壁タンパク質にいくつかのファミリーが同定されています。
15個のGH17（b-1,3-グルコシダーゼ）は、すべての陸上植物の細胞壁で見つかったカロースの加水分解に関与している可能性があります。
3つのGH5（エンド-b-1,4-グルカナーゼ）と5つのGH16（エンドキシログルカントランスフェラーゼ）が同定されました。細胞壁の基質はキシログルカンやマンナンのようなヘミセルロースであると考えられており、細胞増殖中の多糖類の再配列に関与していることが知られています。
2つのGH28（ポリガラクツロナーゼ）、6つのペクチンメチルエステラーゼ（PME）、および2つのペクチンアシルエステラーゼ（PAE）の同定は、細胞壁多糖類の酸性加水分解物中のガラクツロン酸の存在と一致しています。
最後に、5つのGH18（キチナーゼ）と7つのGH19（キチナーゼ/リゾチーム）が特定されました。それらは、抗真菌および抗菌活性を有し、生物的および非生物的ストレスに対する防御反応に関与しています。

いくつかのタンパク質ファミリーは、ゼニゴケの細胞壁に存在する芳香族化合物が関与する酸化還元反応に関与していることが知られています。 CIII Prxsの拮抗的な酵素活性により、細胞壁のリモデリングに2つの相反的な方法で関与しています。（i）非酵素的に細胞壁多糖類を切断できる活性酸素種を生成することにより、細胞壁の弛緩に関与します、(ii）H₂O₂の存在下で芳香族アミノ酸、モノリグノール、桂皮酸などの芳香族化合物を酸化することにより、細胞壁の硬化に関与したり、エクステンシンのような構造タンパク質の架橋により、共有結合のネットワークを形成します。

キューティクルは、陸上植物のコロニー形成で必ず見かけられます。23個のGDSLリパーゼ/アシルヒドロラーゼが特定されています。GDSLリパーゼ/アシルヒドロラーゼはキューティクル形成に関与していることが示されています。

D-マンノース結合レクチンであると予測される8つのタンパク質が特定されました。細胞壁中のこのようなタンパク質の豊富さは、ペクチンおよびヘミセルロースが豊富な細胞壁抽出物に大量のマンノース残基が存在することから示唆されるように、大量のマンナンの存在に関連している可能性があります。

Department of Animal, Plant and Soil Sciences, Centre for AgriBioscience, La Trobe University, Melbourne Campus, Bundoora, Victoria, Australiaらのグループは、小麦の根圏における大気中の二酸化炭素濃度の上昇に起因する根圏の変化と有機リンの無機化について報告しています。
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8785599/

リン（P）は、生命の主要な構成要素であり、土壌生物相にとっても基本的に重要です。有機リンは土壌中の総リン量の最大80％を占めるため、土壌微生物による有機リンの無機化は、特にフィチン酸などの主要な有機リンの無機化において非常に重要です。植物の根からは細胞外にホスファターゼが放出されますが、この酵素活性の多くは根の表面に限定されており、土壌有機リンの活発な無機化は、主に土壌微生物が植物由来の炭化水素分泌物と相互作用する場所、即ち根圏で起こります。

気候変動は、有機的リンの無機化に影響を与える可能性があります。最も重要な気候変動要因のひとつである大気二酸化炭素濃度の上昇は、土壌有機リンの無機化を大幅に加速します。有機リン無機化の加速は、植物の根から根圏に分泌される炭化水素の影響を受けた植物-土壌-微生物間の相互作用の変化に起因するものです。

著者らは、小麦の根圏における主要な有機リン化合物であるフィチン酸の無機化作用に関連する細菌および真菌群集を含む土壌微生物叢の遺伝子プロファイリングとそれらの機能を調査することにより、大気二酸化炭素濃度の上昇下での有機リンの無機化に対する根圏微生物の寄与を定量化しました。

微生物の多様性は、Vertisolと呼ばれる土壌よりも、Chromosolと呼ばれる土壌の方が大気二酸化炭素濃度の上昇の影響をより明確に受けていました。 二酸化炭素濃度の上昇は、Chrmosolにおいて、小麦の根の表面から3 mm以内の根圏領域全体で細菌種の豊富さを33％と大幅に増加させました。しかし、Vertisolでは、根圏細菌はeCO2の影響をあまり受けませんでした。 ふたつの主要な細菌門、バクテロイデス門とゲンマティモナス門の存在量は、大気二酸化炭素濃度の上昇により根圏で比較的濃縮されており、フィチン酸の無機化作用と正の関連がありました。最も一般的なバクテロイデス門の仲間は、キチノファガ科とマイクロシラ科であり、スフィンゴバクテリア科とヒメノバクテリア科がそれに続いていました。

真菌群においても、Chromosolにおいて、小麦の根の表面から3 mm以内の根圏領域で、より多くの種が大気二酸化炭素濃度の上昇によって見られるようになりました。しかし、Vertisolでは、大気二酸化炭素濃度の上昇は有意な影響を与えませんでした。 大気二酸化炭素濃度の上昇によって、担子菌属アガリスクの存在量、およびグロムス門のクラロイデオグロムス属とファネリフォルミス属の存在量が大幅に増加していました。

Institute of Chemistry, Slovak Academy of Sciences, Bratislava, Slovakiaのグループは、抗がん剤であるシスプラチンが効く精巣腫瘍と抵抗性を示す精巣腫瘍にの間に、興味深い糖鎖修飾構造の違いがあることを報告しています。
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35044085/

精巣腫瘍は、15〜34歳の若い男性の中で最も頻度の高い種類のがんであり、男性のすべてのがんの種類の1.5％、泌尿器腫瘍全体の5％を占めています。
シスプラチンは、最初の金属ベースの抗がん剤のひとつとして、精巣腫瘍を含むさまざまな種類の癌の患者を治療するために今でも広く使用されています。この抗がん剤は、精巣腫瘍の治療に効果的であり、最大90％の治癒率と最大95％の一般生存率を示します。シスプラチンが精巣腫瘍の治療に非常に効果的に作用する理由は、そのような細胞が胚性幹細胞を産生するためだと考えられます。損傷した胚性幹細胞は、突然変異を次世代に受け継がないようにするために、アポトーシスによって排除されなければなりませんが、それによって胚性幹細胞の減少が進んでしまうと、シスプラチンに対する抵抗性があがるものと考えられます。

シスプラチンはDNAに結合し、DNA修復メカニズムでは修復できない病変（タンパク質-DNA複合体）を生成し、DNA、mRNA、およびタンパク質の合成を妨害し、反応性酸素種の蓄積を促進し、シグナル伝達経路を活性化し、最終的に細胞死をもたらします。

著者らは、DBAレクチンが精巣腫瘍のシスプラチン抵抗性を評価するための最良のプローブであり、HHLレクチンがシスプラチン感受性精巣腫瘍を予測するために使用できることを発見しました。

シスプラチンID₅₀による感受性/抵抗性精巣腫瘍細胞株のヒト絨毛性ゴナドトロピン（hCG）へのレクチン結合間の相関