植物科学：2種類のチャネルロドプシンを利用して植物のシグナル処理を光遺伝学的に調べる

さまざまなストレス状況に対する植物の初期応答では、細胞質ゾルのCa²⁺濃度上昇、細胞膜の脱分極、活性酸素種の生成が起こることが多い。しかし、こういったシグナル伝達要素を、決まった生理的結果へと変換する機構はほとんど解明されていない。今回我々は、植物のシグナル処理における特異性の符号化の基盤を調べるために、光依存性イオンチャネル（チャネルロドプシン）を用いて、高いCa²⁺コンダクタンスを持つ遺伝的に改変したチャネルロドプシンバリアントを開発した。XXM 2.0と名付けたこのバリアントは、植物体内の細胞質ゾルのCa²⁺濃度上昇を引き起こすことができる。XXM 2.0を介した光誘導性のCa²⁺流入に対する植物の応答を、光依存性陰イオンチャネルロドプシンACR1 2.0を介した陰イオン流出が引き起こす効果と並行して調べた。どちらのチャネルも膜の脱分極を引き起こすものの、それらの活性化は、植物の異なるストレス応答につながった。すなわち、XXM 2.0が誘導するCa²⁺シグナルは活性酸素種産生と防御機構を刺激し、ACR1 2.0を介した陰イオン流出は乾燥ストレス応答を引き起こした。これらの知見は、異なるCa²⁺シグナルや陰イオン流出が特異的な代謝再プログラム化や転写再プログラム化の引き金となり、これによって植物は特定のストレス状況に適応できることを示唆している。この光遺伝学的方法により、植物の葉の中では、異なる生理学的応答が、同様の電気信号を伴う特定のイオンフラックスによって引き起こされることが明らかになった。

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