植物が菌類とパートナーシップを結ぶかどうかはホルモンが決める(Hormones determine whether plants form partnerships with fungi)

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2025-03-06 マックス・プランク研究所

マックス・プランク陸生微生物研究所の最新研究により、植物が菌類と共生関係を形成するか否かは、植物ホルモンの一種であるジャスモン酸の濃度によって決定されることが明らかになりました。ジャスモン酸は、植物が昆虫などの外的ストレスに反応する際に生成されるホルモンとして知られています。この研究では、ジャスモン酸の濃度が高い場合、植物は菌類との共生を抑制し、逆に低い場合は共生を促進することが示されました。この発見は、植物と菌類の共生メカニズムの理解を深め、農業における持続可能な栄養供給戦略の開発に寄与する可能性があります。

<関連情報>

エチレンはSMAX1の蓄積を促進し、アーバスキュラー菌根の共生を阻害する Ethylene promotes SMAX1 accumulation to inhibit arbuscular mycorrhiza symbiosis

Debatosh Das,Kartikye Varshney,Satoshi Ogawa,Salar Torabi,Regine Hüttl,David C. Nelson & Caroline Gutjahr
Nature Communications  Published:27 February 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-57222-w

植物が菌類とパートナーシップを結ぶかどうかはホルモンが決める(Hormones determine whether plants form partnerships with fungi)

Abstract

Most land plants engage in arbuscular mycorrhiza (AM) symbiosis with Glomeromycotina fungi for better access to mineral nutrients. The plant hormone ethylene suppresses AM development, but a molecular explanation for this phenomenon is lacking. Here we show that ethylene inhibits the expression of many genes required for AM formation in Lotus japonicus. These genes include strigolactone biosynthesis genes, which are needed for fungal activation, and Common Symbiosis genes, which are required for fungal entry into the root. Application of strigolactone analogs and ectopic expression of the Common Symbiosis gene Calcium Calmodulin-dependent Kinase (CCaMK) counteracts the effect of ethylene. Therefore, ethylene likely inhibits AM development by suppressing expression of these genes rather than by inducing defense responses. These same genes are regulated by SUPPRESSOR OF MAX2 1 (SMAX1), a transcriptional repressor that is proteolyzed during karrikin signaling. SMAX1 is required for suppression of AM by ethylene, and SMAX1 abundance in nuclei increases after ethylene application. We conclude that ethylene suppresses AM by promoting accumulation of SMAX1. SMAX1 emerges as a signaling hub that integrates karrikin and ethylene signaling, thereby orchestrating development of a major plant symbiosis with a plant’s physiological state.

生物環境工学
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