フィトバイオーム

植物バイオームは、特定の生態学的領域（バイオーム）に位置する植物（植物）と、その環境およびそこに生息する生物群から構成されます。これらの生物には、細菌、古細菌、菌類、原生生物、昆虫、動物、その他の植物など、植物の中、上、または周囲に生息するすべてのマクロおよび微生物が含まれます。環境には、土壌、空気、気候が含まれます。生態学的領域の例としては、畑、放牧地、森林などがあります。^[1]植物バイオーム内の相互作用に関する知識は、農業、作物管理、^[2]作物と森林システムの健康、保全、生産性、持続可能性の向上のためのツールの作成に使用できます。^{[3] [4]}

植物バイオーム内の微生物群は、おそらく地球上で最も豊かで多様な微生物群の 1 つです。植物は、あらゆる生物界の数十億の生物と共生関係を築いています。最近のメタゲノムおよびメタトランスクリプトミクスのアプローチにより、科学者は実験室では簡単に培養できない新しい分類学上の種を発見できるようになりました。

最近の研究では、生物間の界間コミュニケーションが適切な植物バイオームの機能に不可欠であることが示されています。^[5]植物バイオーム内で生物が認識し相互作用することを可能にする、分泌脂質、ペプチド、多糖類などの物理的および化学的シグナルが多数あります。細菌は、コロニー形成などの植物-細菌相互作用を媒介するホモセリンラクトン、脂質様拡散因子、シグナル伝達ペプチドなどのクオラムセンシング分子を生成することが知られています。 ^{[5]ホモセリンラクトンは、}根圏で見つかった多数の細菌によって生成されることが報告されています。^[6]植物成長促進細菌（PGPB）は、植物で根粒形成を開始するNod因子（根粒形成因子）を生成することがよくあります。^[5]植物と細菌の相互作用に加えて、細菌はニッチと資源をめぐる局所的な競争を減らすために、植物バイオームに殺菌性または殺真菌性の化合物を分泌することがよくあります。^[5]さらに、藻類や原生生物などの細菌を餌とする生物は、これらの小さなシグナル分子に引き寄せられます。^[5]

バクテリオファージは捕食者と被食者の相互作用を通じて植物バイオームにおいて重要な役割を果たしている。バクテリオファージはアルビトリウムなどのシグナル伝達ペプチドを使用して、宿主細胞における細胞溶解と溶原性の開始を媒介する。^[7]

真菌は、化学シグナル伝達を介して植物バイオーム内でコミュニケーションし、有性生殖、胞子形成、細胞間認識、抗生物質作用を助けます。しかし、これらの化学物質のほんの一部しかその機能が研究されていません。^[5] 菌根菌は、植物の受容体によって認識されるMyc因子またはキトオリゴ糖の産生を通じて植物と共生関係を築きます。^[8]線虫を捕獲する真菌は、真菌シグナル伝達分子を利用して獲物への形態形成を開始することがよくあります。^[5]他の生物は、真菌シグナル伝達を妨害することができ、例えば植物が産生するオキシリピンは、真菌シグナル伝達分子を模倣し、真菌の発達を制御したり、毒性を低下させたりすることができます。^[5]細菌、昆虫、線虫の複数の種はすべて、真菌シグナル伝達化合物に反応することが報告されています。^[8]

植物バイオーム内での線虫のコミュニケーションについてはほとんどわかっていません。植物病原性線虫は、フェロモンを産生することでコミュニケーションをとることが多いです。^[5]植物はこれらの化合物を検知し、防御経路を誘導することができます。^[5]線虫はまた、植物とのつながりを確立するのに役立つサイトカイニンなどの植物ホルモンを産生します。 ^[5]

おそらく、植物バイオーム内の原生生物やウイルスの生態学的役割については、さらにあまり知られていない。アメーバの中には、環状ヌクレオチドやペプチドシグナルを使って社会行動に適応する種もいる。^[5] 藻類関連細菌が産生する植物ホルモンは、土壌中の微細藻類の個体数に大きな影響を与える可能性がある。 ^[5]アメーバの存在は、細菌P. fluorescens が抗アメーバ毒素を産生するきっかけにもなる。^[9]

昆虫は、揮発性フェロモン（セミオケミカルとも呼ばれる）を産生することで、外的脅威、社会的地位、食料の入手可能性、交尾に関する情報を伝達します。^[5]このため、フェロモンは1950年代から農業や昆虫媒介性疾患（マラリアなど）でのさまざまな用途で研究対象となっています。^[5]植物は昆虫フェロモン産生に大きな影響を与える可能性があります。ラトルボックス植物は、昆虫が性フェロモン合成の前駆体として使用するさまざまなアルカロイド化合物を生成します。 ^{[5]多くの植物種は、多くの場合、適切な}嗅覚ニューロン機能を阻害することにより、フェロモンシグナル伝達を妨げる揮発性化学物質の産生を進化させてきました。 ^[5]細菌や真菌も、昆虫の行動に影響を与える揮発性化学物質を産生する可能性があります。^[10]

植物の存在と他のコミュニティメンバーとのコミュニケーションは、植物バイオームを根本的に形作ります。根の滲出液には、多数の糖、アミノ酸、多糖類、二次代謝産物が含まれています。^{[5]これらの滲出液の生成は、環境要因と植物生理学によって大きく影響され、根圏と}根面のコミュニティ構成を変えることができます。^[5]フラボノイドの分泌は、多くの植物種と相利共生関係を形成する根粒菌を募集するのに役立ちます。 ^[5]根粒菌は、ベタイン、アルドン酸、ジャスモン酸などの他の植物化合物も認識できます。^[8]これらのシグナル分子は、複数の効果、さらには相反する効果を持つ場合があります。たとえば、植物クチンはアーバスキュラー菌根のコロニー形成と共生を誘発しますが、植物病原性卵菌によって認識され、病原性を誘発することもあります。^[11]植物の揮発性化学物質は、草食動物、花粉媒介者、種子運搬者も引き付けます。

植物は微生物の存在を認識すると、植物全体に運ばれる植物ホルモンシグナルの生成を活性化することが多い。植物は、サリチル酸、ジャスモン酸、エチレンなどのホルモンを生成して病原体や草食動物に反応する。^{[12]さらに、非生物的ストレス耐性や植物の成長に機能する多くの植物ホルモンも、微生物群集による反応を引き起こす。}アラビドプシスにおけるサリチル酸の生成は、シグナルまたは炭素源として作用することで、根の微生物叢の構成に影響を及ぼすことが示された。^[13]ストリゴラクトンの分泌は、アーバスキュラー菌根菌における胞子の発芽とMyc因子の産生を刺激することが知られている。^[5]

微生物群集は、植物における植物ホルモンの機能や特定の植物ホルモンの生成を操作することもできます。

2015年、アメリカ植物病理学会（APS）は、植物バイオームに関する研究の組織化を促進するための研究枠組み、Phytobiomes Initiativeを立ち上げました。^[14]この取り組みの一環として、2016年にオープンアクセスジャーナルであるPhytobiomes Journalを立ち上げました。このジャーナルは、植物の生態系全体に影響を及ぼす学際的な研究に焦点を当てています。^[15]全体的な研究戦略は、科学団体、企業、研究機関、政府機関のグループによって開発された文書であるPhytobiomes Roadmapに掲載されています。これは、植物バイオームを研究するための戦略計画を提示し、植物バイオーム研究を適用するための行動計画を提案することを目的としています。^{[16] [17]}関連したPhytobiomes Allianceは、学術機関、大企業、中小企業、政府機関の国際的な非営利コンソーシアムであり、農業に関連する植物バイオームのさまざまな側面に関する官民の研究プロジェクトを調整しています。^[18]

• 植物マイクロバイオーム
• 土壌生物学

• 「Phytobiomes」. phytobiomes.org . 2018-06-21 . 2018-06-21閲覧。