干ばつ耐性

植物学において、干ばつ耐性とは、植物が乾燥または干ばつの条件下でバイオマス生産を維持する能力のことである。 ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}一部の植物は、乾燥耐性、解毒、または木部塞栓の修復などの保護メカニズムによって生き残る、自然に乾燥した条件に適応している。 ^{[ 3 ]}他の植物、特にトウモロコシ、小麦、米などの作物は、遺伝子工学によって作られた新しい品種によって、干ばつに対する耐性がますます高まっている。^{[ 4 ]}進化の観点からは、植物の根に形成される菌根共生の種類によって、植物が干ばつにどれだけ早く適応できるかが決まる。

干ばつ耐性のメカニズムは複雑で、植物が特定の条件にいつでも対応できるようにする多くの経路が関与しています。これらの相互作用には、気孔コンダクタンス、カロテノイド分解とアントシアニン蓄積、浸透保護物質（スクロース、グリシン、プロリンなど）の介入、ROS除去酵素などが含まれます。^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}干ばつ耐性の分子制御も非常に複雑で、環境や植物の発達段階などの他の要因の影響を受けます。 ^{[ 2 ]}この制御は主に、脱水応答性エレメント結合タンパク質（DREB）、アブシジン酸（ABA）応答性エレメント結合因子（AREB）、NAM（頂端分裂組織なし）などの転写因子で構成されています。^{[ 9 ] [ 10 ]}

植物は、ゆっくりと進行する水不足（数日、数週間、数ヶ月かかる）にさらされることもあれば、短期間の水不足（数時間から数日）に直面することもあります。このような状況では、植物はそれに応じて反応し、水の損失を最小限に抑え、水の吸収を最大化することで適応します。^{[ 2 ]}植物は、成長、開花、種子発達の生殖段階で干ばつストレスを受けやすくなります。そのため、短期的な反応と長期的な反応を組み合わせることで、植物は少数の生存可能な種子を生産することができます。^{[ 3 ]}短期および長期的な生理的反応の例としては、次のものがあります。

干ばつ条件に応答して、転写因子（TF）によって誘導または活性化される遺伝子発現の変化が起こります。これらのTFは特定のシスエレメントに結合して、標的となるストレス誘導性遺伝子の発現を誘導し、ストレス応答と耐性に役立つ産物の転写を可能にします。^{[ 9 ]}これらの中には、脱水応答性エレメント結合タンパク質（DREB）、ABA応答性エレメント結合因子（AREB）、頂端分裂組織なし（NAM）、シロイヌナズナ転写活性化因子（ATAF）、カップ状子葉（CUC）などがあります。干ばつ耐性の調節を理解するための分子レベルの研究の多くはシロイヌナズナで行われており、以下の基本的なプロセスを解明するのに役立っています。^{[ 2 ]}

自然に乾燥した環境にある植物は、干ばつ耐性により大量のバイオマスを保持しており、適応の4つのカテゴリーに分類できます。^{[ 13 ]}

1. 干ばつ回避植物：十分な水分がある時期にのみ発芽・成長し、ライフサイクルを完了させる一年生植物。
2. 乾燥回避植物：多肉質ではない多年生植物で、水分が利用可能な期間のみ生育する。
3. 干ばつに強い植物：乾燥地植物とも呼ばれるこれらの常緑低木は、広範囲に及ぶ根系に加え、極度の干ばつ状態でも成長を維持できる形態的および生理的な適応能力を備えています。
4. 乾燥に強い植物：多肉植物多年草とも呼ばれ、葉や茎に水分を蓄え、節約して利用する。

近年、干ばつの頻度と深刻度が増すにつれ、作物への被害はより深刻になり、作物の収量、成長、生産量が低下している。^{[ 4 ] [ 16 ]}しかし、ストレス耐性に関わる分子経路の研究により、そのような遺伝子の過剰発現が干ばつ耐性を高めることが明らかになり、遺伝子組み換え作物品種の開発に焦点を当てたプロジェクトにつながっている。^{[ 2 ]}

バイオテクノロジーによって開発された干ばつ耐性植物は、農家が収穫物を守り、水をより効率的に利用することで深刻な干ばつの際の損失を軽減することを可能にする。

植物形質転換は、干ばつに強い作物品種の開発に数多く利用されてきましたが、観賞植物では限られた品種しか利用されていません。^{[ 16 ]}この開発の著しい遅れは、干ばつ耐性以外の理由でより多くの遺伝子組み換え観賞植物が開発されていることに起因します。^{[ 16 ]}しかし、観賞用バイオサイエンス社は観賞植物における非生物的ストレス耐性を研究しています。遺伝子組み換えペチュニア、ポインセチア、ニューギニアインパチェンス、ゼラニウムは、霜、干ばつ、病気に対する耐性について評価されています。^{[ 19 ]}これにより、これらの植物が生育できる環境の範囲が広がります。

以下は、干ばつに強い植物の科、種、属のリストです。