生態学的相互作用は薬用植物の生物活性に影響を与える

Jun 19, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12165 (2023) この記事を引用

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薬用植物から生産されるエッセンシャルオイルは、人間社会にとって価値の高い重要な生理活性特性（抗菌、抗酸化作用）を持っています。 受粉や草食は植物の化学防御を変化させる可能性があるため、エッセンシャルオイルの生物活性に影響を与える可能性があります。 しかし、生態学的相互作用が植物の生物活性に及ぼす影響はまだ評価されていません。 私たちは、他家受粉と擬似草食がエッセンシャルオイルの化学組成を変化させ、薬用植物レペキニア・フロリバンダ（シソ科）の生理活性特性を改善するという仮説を検証しました。 対照的な実験を通じて、異系交雑した植物の子孫からのエッセンシャルオイルは、近交系の子孫（つまり、花粉媒介者の不在下で生産された子孫）と比較して、酸素化テルペンの相対量がより多く、黄色ブドウ球菌に対する静菌効果がほぼ2倍であることを示しました。 草食は、近交系植物と異系交配植物における希少化合物の生産にそれぞれマイナスとプラスの影響を及ぼしましたが、生物活性に対する影響は依然として不明です。 私たちは、花粉媒介者が他家受粉（間接的な生態系サービス）を仲介することによって、植物のエッセンシャルオイルの生物活性に関連した生態系サービスを改善できることを初めて示しました。 私たちは受粉の質的要素（自家花、交配）の重要性を強調します。 この側面は、受粉サービスの研究では通常無視されます。

被子植物は、ほとんどの陸上の相利的および拮抗的相互作用網の中心です1。 多くの被子植物種は、菌根菌および花粉媒介者との相利相互作用を確立しており、それによって、それぞれ特定の土壌栄養素の獲得と有性生殖が可能になります。 同様に、植物も草食動物や有害な微生物と敵対的な相互作用を確立し、通常は植物の適応度に悪影響を及ぼします1。 興味深いことに、植物と菌類、細菌、動物、その他の植物などの異なる生物との相互作用は、植物のエッセンシャル オイルの主成分であるテルペンなどの二次代謝産物によってシグナル伝達されます 1、2、3。 テルペンの生態学的機能には、病原体や草食動物に対する防御のほか、誘引物質や、菌根菌や花粉媒介者などの有益な生物に対する報酬が含まれます4,5。 テルペンは生理活性が高いため6、エッセンシャルオイルは文化的儀式や医療、医薬品、農学、化粧品、食料資源として人間によって広く使用されてきました3、7、8、9。 したがって、植物からのエッセンシャルオイルは人間が自然から得られる利益（生態系サービス）を表しており、その生物活性は生態学的相互作用によってモデル化される可能性があります。 植物のエッセンシャルオイルの生産と組成は、内因性および外因性の要因により非常に変わります。 本質的に、植物は、個体発生および季節学的段階、およびそれが生産される器官（花、葉）の種類に応じて、精油の化学組成と存在量を変えることができます10。 さらに、外因性の非生物的要因 (例、光、湿度、栄養素の利用可能性) 2,9 と生物的要因 (例: 相利相互作用および拮抗的相互作用) の両方が植物の化学プロファイル 2,11,12,13 に影響を与える可能性があります。

草食は敵対的な相互作用であり、作物の収量を減少させ、病気の伝染を促進するため、通常は生態系破壊と考えられています15。 しかし、草食は植物の化学組成の変化を引き起こします。 植物は 2 種類の化学的防御を生成します。構成的防御は継続的に生成される防御であり、誘導的防御は機械的および/または草食動物による損傷の後に生成されるものです6。 したがって、草食後、植物は、草食動物および草食動物によって媒介される病原体に対する防御を強化するいくつかの誘導可能な化合物群を生成する可能性がある(誘導可能な防御、例えば16、17)。 したがって、昆虫や微生物などの他の生物に対するエッセンシャルオイルの生物活性（生物活性）を高めるには、ある程度の草食性が有益である可能性があります。 同様に、受粉の質（すなわち、他家受粉と自家受粉）は、草食後に生じる植物の化学的構成的防御および誘導的防御に影響を与える可能性があります。 受粉の質が植物の化学プロファイルに及ぼす影響は、植物の交配システムに依存します。 実際、主に他家交配および混合交配する植物種は、自家受粉植物よりも自家受粉後に近親交配抑制（適応度の低下）を起こす可能性が高くなります。 近交系植物（自家受粉に由来する）は、異系交配植物（他家受粉に由来する）よりも草食性が高く、病気の発生率が高いことが示されています18,19。 自家受粉によって作られた植物は、他家交配によって作られた植物よりも構成的防御の発現が低下し、損傷後に化学防御を上方制御する能力が低いため、これまでの化学研究はこの考えを支持しています13,20。 特に、動物受粉植物では、他家受粉は主に花粉媒介者によって行われますが、自家受粉は花粉媒介者がいる場合（花粉媒介媒介自家受粉）と花粉媒介者なし（自律的自家受粉）の両方で実行可能である可能性があります。 したがって、花粉媒介者によって媒介される他家受粉は、精油の生物活性を高める可能性があります。 さらに、受粉と草食の両方の相互作用は、植物の生物活性に相乗効果をもたらす可能性があります。