従来の農業慣行は、生体異物農薬の広範な適用と、土壌および水区画へのそれらの世界的な拡散をもたらしました。残留性殺虫剤の中でも除草剤は、作物や対象外の植物群落に対する潜在的な脅威であり、生態学的および農業的影響をもたらします。
除草剤は、非生物化学反応、微生物媒介プロセス、または植物代謝反応によって分解生成物に部分的に代謝されます。したがって、拡散する農業汚染は通常、低用量の活性分子と分解生成物を含む複雑な混合物を含み、生物多様性と生態系バランスへの影響はまだよくわかっていません.除草剤とその分解生成物に対する植物の反応の研究は、残留および一時的な汚染の状況で、環境リスク評価の文脈で低用量汚染の影響を評価するために重要です.
シロイヌナズナですでに示しました 低用量の条件下では、アトラジン (ATZ) としてのトリアジンは、依然として世界中で広く使用されている除草剤であり、その分解生成物であるデスエチルアトラジン (DEA) およびヒドロキシアトラジン (HA) は、ATZ の標準的な標的である光合成に影響を与えません (Albertoら、2017)。ただし、急速な植物毒性効果がない場合でも、これらの低用量トリアジンは、他の細胞プロセスへの影響を解明しています。ミトコンドリア呼吸に対する不可解な阻害効果と根の発達に対する促進効果の両方が、暗い条件下で検出されました。これらの異なる影響は、呼吸と根の発達に直接影響を与える、非標準的な作用モードの複数の関与を指摘しました。次に、低用量では、ATZ とその分解生成物が、光合成プロセスとは無関係の未知の標的 (つまり、非標準標的) に作用しており、おそらくシグナル伝達と調節プロセスが関与していると仮定しました。
ジャーナル Plant Science に掲載された、「Low doses of triazine xenobiotics」というタイトルの最近の研究では、ストレスと低エネルギーに依存する方法で ABA とサイトカイニンの調節を動員します。 、シロイヌナズナの根を 1 µM ATZ、DEA、または HA に短時間さらし、全ゲノム トランスクリプトーム アプローチを採用して、これらの初期の調節プロセスとシグナル伝達経路を調査しました。これらの生体異物処理の条件は、圃場の余白におけるトリアジン汚染の現実的なレベルを反映しています。
私たちのマイクロ アレイ実験は驚くべきことに、低用量のトリアジンは、PSII との有意な干渉がない場合に、シロイヌナズナの小植物における遺伝子発現の有意で協調的かつ特異的な変化を引き起こすことを示しました。全体的に、ATZ および DEA に対する分子応答は代謝およびストレス プロセスに関連しており、おそらく細胞恒常性の維持に関連していたのに対し、HA に対する分子応答は成長および発生に関連していました。
全体として、トリアジン感受性遺伝子の機能分類は、ホルモン、代謝、およびストレス関連経路に関連するすべてのトリアジンに対する重要な共通応答を強調しました。これらのパターンの詳細な分析は、エネルギー、炭素、および窒素のホメオスタシスの潜在的な混乱、ならびに低レベルの生理学的影響および暴露の生体異物の性質にもかかわらず、細胞壁および防御プロセスの潜在的な活性化を浮き彫りにしました。次に、シグナル伝達と転写に関与するトリアジン応答性遺伝子の共有機能ネットワークの分析により、非生物的および生物的ストレス調節プロセス、特に温度と干ばつストレス調節プロセスの関与が明らかになりました。
トリアジンに敏感なネットワークにおけるこれらのプロセスの有意な過剰表現は、非毒性または亜毒性のトリアジンの認識における寒さ、暑さ、および干ばつに関連するシグナル伝達の重要性を強調しています。したがって、除草剤とその分解生成物の残留レベルは、過剰感作または順応と硬化のいずれかを通じて、非生物的または生物的ストレスの課題に反応する植物の能力を調節するのに役割を果たす可能性があります。植物の応答に対するこれらの影響は、農薬の使用と地球規模の変化への対応に重要な結果をもたらす可能性があります。
さらに、差次的に発現する遺伝子とそのプロモーターの機能分析により、アブシジン酸とサイトカイニンが調節するプロセスが強く関与していることが示され、低用量のトリアジンがホルモン経路に干渉するという仮説が導かれました。トリアジンが特にいくつかのサイトカイニン調節遺伝子の発現に影響を与えたという事実は特に興味深いものであり、実際、植物ホルモンのこのファミリーはトリアジン化合物と同様の化学構造を共有しています。低用量の生体異物の影響とストレス ホルモンのクロストーク経路との間のこれらの関連性は、環境リスク評価の文脈における毒性評価に不可欠な、植物と農薬の相互作用および植物と汚染の相互作用に関する新しい洞察を提供します。
トリアジン調節シグナル伝達タンパク質間の推定相互作用の研究により、低用量トリアジン応答におけるシグナル伝達カスケードの意味を確認することができ、センサー-レギュレーター-アクチュエーター調節ネットワークが確立されました。これらの標準的なターゲットに依存しないメカニズムとその根底にあるシグナル伝達経路の特定は、耐性および/または耐性メカニズムの活性化に関与する除草剤のセンシングおよびシグナル伝達経路の特徴付けにおける重要なステップです。これらの規制は、さまざまな構造と作用機序を持つ生体異物がエネルギー、炭素、窒素代謝の一般的な摂動にどのように収束するかを説明するのに役立つはずです。このような非標準的な交差異物規制の根底にあるメカニズムと主要なターゲットは、まだ解明されていません。これらの生体異物の主要な標的は、エネルギー、温度、干ばつ、ABA、および CK シグナル伝達の関連性に関連している必要があります。これらの標的は、サイトカイニン、トリアジン、およびさまざまなスルホニル尿素除草剤に存在する N 複素環など、一般的な化学構造の認識を可能にするセンシング メカニズムの不可欠な部分として機能する可能性があります。
したがって、明らかに非植物毒性の用量の除草剤または分解生成物が、ATZの標準的な標的を含まないメカニズムを介して植物の成長と発達に影響を与えることを示しました。これらの影響は、植物の発育の可塑性やストレス応答など、さまざまなレベルでシグナル伝達経路の調節に影響を与える可能性があります。シグナル伝達の変更と摂動の特徴付けは、作物システムにおける除草剤の効率を評価し、自然の植物群落と生態系機能を保護するのに役立ちます。最後に、生体異物、非生物的、生物的ストレス シグナル伝達の間のクロストーク プロセスを特定することで、化学汚染と気候変動ストレッサーの間の相互作用について新たな洞察が得られるでしょう。
これらの調査結果は、ジャーナル Plant Science に最近掲載された、低用量のトリアジン生体異物がストレスおよび低エネルギー依存の方法で ABA およびサイトカイニン規制を動員するというタイトルの記事で説明されています。 .この作業は、レンヌ第 1 大学の Diana Alberto、Ivan Couée、Cécile Sulmon、および Gwenola Gouesbet と、植物科学研究所 Paris Saclay IPS2 の Stéphanie Pateyron によって実施されました。
