病原体への抵抗性か?ガス交換か?~植物の進化におけるトレードオフ~

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2025-11-18 京都大学

この研究では、植物が葉の表面にある気孔を「病原細菌の侵入を防ぐために閉じる」か「効率的なガス交換のために開いておく」かという二つの機能の間で、進化の過程でトレードオフ(代償)を抱えていることを明らかにしました。具体的には、モデル植物の シロイヌナズナ が、気孔を素早く開くよう定期的に遺伝子発現を制御する仕組みを持つことを発見。一方で、この機構を持たないアブラナ科の近縁種は、気孔を開くスピードを犠牲にする代わりに、病原細菌による気孔開口を許しにくい(=抵抗性が高い)という特徴を示しました。つまり、速やかなガス交換を追求する系統では病原性に対する脆弱性が残り、病原体への抵抗性を優先する系統ではガス交換性能が落ちるという進化的な選択が確認されたのです。本成果は、植物と病原体の共進化を理解するうえで、長年議論されてきた「防御と生育効率」の間のジレンマを実証的に示したものです。

病原体への抵抗性か?ガス交換か?~植物の進化におけるトレードオフ~

<関連情報>

アブラナ科における気孔防御とガス交換の進化的トレードオフ Evolutionary trade-off between stomatal defense and gas exchange in Brassicaceae

Wenshang Kang ∙ Masahito Nakano ∙ Kaori Fukumoto ∙ … ∙ Akira Mine,, ∙ Xiaowei Han ∙ Kenichi Tsuda
Current Biology  Published:November 17, 2025
DOI:https://doi.org/10.1016/j.cub.2025.10.037

Highlights

  • Coronatine hijacks A. thaliana CYP707A1 ABA hydroxylase to override stomatal defense
  • CYP707A1 drives rapid light-induced stomatal opening in A. thaliana
  • C. rubella and E. salsugineum show impaired coronatine- and light-induced opening
  • CYP707A1 promoter variation drives an evolutionary defense-gas exchange trade-off

Summary

Stomatal opening is crucial for gas exchange, but it unavoidably offers invasion by pathogens. In response, plants close stomata to prevent pathogen entry, while the bacterial pathogen Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 (Pto) produces coronatine (COR), a jasmonate (JA) mimic, to counteract this plant response. Here, we demonstrate that by COR, Pto exploits CYP707A1 activation in Arabidopsis thaliana, encoding an enzyme that degrades abscisic acid, essential for stomatal closure. Notably, COR-induction of CYP707A1 is absent in other Brassicaceae species, such as Capsella rubella and Eutrema salsugineum, rendering them resistant to Pto invasion. By contrast, in A. thaliana, CYP707A1 enables rapid stomatal opening in response to light in a JA-dependent manner, enhancing gas exchange and chlorophyll content, unlike C. rubella and E. salsugineum. Promoter-swap experiments confirm that the regulatory region of CYP707A1 underlies these evolutionary diversifications. Together, our study presents a mechanism underlying an evolutionary trade-off between stomatal defense and gas exchange.

生物環境工学
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