システインは、抗酸化システムを調節することにより、亜麻 (Linum usitatissimum L) 植物の NaCl 塩毒性の影響を軽減します。

Scientific Reports volume 12、記事番号: 11359 (2022) この記事を引用

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水を主に消費する要素である農業は、世界的な水不足の危機に直面しています。 塩水は代替水源ですが、過剰な NaCl は植物の成長と作物の生産性を低下させます。 L-システイン (Cys) は、植物の成長と発育において有望なチオール アミノ酸です。 亜麻; アマ（Linum usitatissimum L.）は耐塩性が低い経済的な植物です。 50 および 100 mM の NaCl 塩ストレスは、亜麻植物の成長パラメータ、光合成色素、総可溶性糖、総フェノール、およびアミノ窒素を阻害しました。 塩分ストレスにより、プロリンと脂質の過酸化が顕著に増加し、タンパク質プロファイルが変化しました。 0.8 mM および 1.6 mM のシステインを葉面散布すると、亜麻植物に対する NaCl ストレスの有害な影響が軽減されます。 システインは、NaCl ストレスを受けた植物の成長形質、光合成色素、アミノ窒素、総フェノール、および新しいポリペプチドを強化しました。 しかし、システインは総糖、プロリン、ペルオキシダーゼ、アスコルビン酸ペルオキシダーゼの活性を低下させました。 その結果、システインには還元性があることが確認されました。 さらに、NaCl の酸化ストレスを軽減し、脂質の過酸化を低下させることで膜の安定性を維持しました。 全体として、L-システインの酸化還元能力は、亜麻植物の成長に対する NaCl の毒性の悪影響を潜在的に中和する背後にある原因です。

水不足は、世界中の農業における非生物的要因を制限しています。 水不足の進行により、2025 年までに作物生産量は徐々に減少するでしょう1,2。 そのため、水源を保護し、塩水などの非伝統的な資源を見つけることが必要になります。 その一方で、塩水の組成は植物の成長や作物の生産性に異なる影響を与える可能性があります3,4。 通常、食塩水は反応性フリーラジカルの合成を刺激します。 反応性フリーラジカルはタンパク質、脂質、核酸を標的とし、その分解速度を高めるため有毒になります5。 多くの植物は、塩ストレスによる損傷を軽減するために解毒メカニズムを誘導します。 有害ラジカルの解毒機構にはさまざまな酵素が関与しています。 スーパーオキシドジスムターゼは、スーパーオキシドを H2O26 に変換する最初の防御酵素です。 カタラーゼとさまざまなクラスのペルオキシダーゼが、結果として生じる H2O2 を除去しました。 塩分は、水分摂取量、栄養素の利用可能性、クロロフィル含有量、光合成、気孔コンダクタンス、および根の水力コンダクタンスに悪影響を及ぼしました7、8、9。

亜麻 (Linum usitatissimum L.) はアマニ科に属し、繊維、種子、または二重の目的で栽培されています10。 亜麻仁油には、オメガ 3、リノール酸、オレイン酸が豊富に含まれています11。

L-システイン (Cys) は、酵素反応において活性なチオール基を持つα-アミノ酸です。 システインは、植物の硫黄結合を還元する主な有機アミノ化合物です12、13。 L-システインの代謝産物はグルタチオンであり、抗酸化メカニズムに寄与しています。 さらに、システイン誘導体はシロイヌナズナにミネラルイオンを蓄積することができます14。 システインの適用は、さまざまな植物作物に対する非生物的ストレスの軽減に確実な効果をもたらします15。 それを管理するために、現在の研究は、亜麻植物の耐塩性の増加に対する L-システインの影響を研究することを目的としています。

(表 1) に示した結果は、さまざまな濃度の NaCl 塩分に対する亜麻植物のさまざまな反応を示しました。 50 mM の NaCl 塩分濃度は、根の長さには影響を及ぼさなかったが、苗条の長さ、植物あたりの苗条と根の新鮮な乾燥重量を有意に (P < 0.05) 減少させました。 減少は塩分濃度の増加とともに増加しました。 その結果、100 mMのNaClは、対照値と比較して、苗条の長さ、根の長さ、植物あたりの苗条と根の新鮮重量と乾燥重量をそれぞれ51.20、46.84、56.13、54.10、81.67、および62.50%減少させたことが示されました。 一方、システイン (0.8 および 1.6 mM) の葉面散布は、通常の条件および塩水灌漑下での亜麻植物の栄養成長基準を大幅に増加させました。