何世紀にもわたるホリデー シーズンの伝統は、冬のロマンスを装飾的なヤドリギの小枝に結びつけてきました。この植物の丸みを帯びた常緑の葉と白い実が、それが育つ木の枝をしっかりと抱きしめている方法は、おそらくその連想に影響を与えました.この植物の親密さについての真実は、それほどロマンチックではありません。ヤドリギは一種の寄生虫です。その葉は光合成によって糖を生成しますが、根の代わりに、寄主の木の重要な組織を貫通して養分と水を吸い出す構造を持っています。
しかし、その相互依存性はさらに深く、科学者たちはヤドリギが分子レベルでどのようにユニークであるかを理解し始めています.すべての多細胞生物の細胞は、ミトコンドリアと呼ばれるオルガネラに依存して生化学燃料を作ります。つまり、ヤドリギを除くすべての多細胞生物です。彼らのミトコンドリアは、この燃料をほとんど生産しないだけでなく、それを作るために必要な遺伝子の多くを失っています.植物学者がこの異常を発見してから数年間、世界中の科学者は、ヤドリギがどのようにこのトリックを実行するかを解明しようと試みてきましたが、限られた成功しか収めていません.
セルラー パワーハウスがオフラインになる
ヤドリギが真にsui Generisであるという最初のヒント は、2015 年にポーランドのヴロツワフで開催された国際植物ミトコンドリア生物学会議で、当時インディアナ大学のジェフリー パーマー研究室の博士研究員だったエリザベス スキッピントンによって発表されました。彼女は、後に全米科学アカデミー紀要に発表された証拠で、少数の科学者を驚かせました。 その 1 つのヤドリギ種 (Viscum scuruloideum ) は非常に小さなミトコンドリア ゲノムを持っており、呼吸に必要と考えられている重要なタンパク質 (ミトコンドリアが細胞の分子燃料であるアデノシン三リン酸 (ATP) を作ることを可能にする化学経路) を欠いていました。
講演に参加したドイツのライプニッツ大学の植物生化学者である Jennifer Senkler 氏は、次のように述べています。 「次の休憩時間には、誰もがこれについて興奮して話し、これがどのように機能するかについて推測していました。」
彼らは、スキピントンが遺伝子を認識できなくなったために遺伝子を見逃したのではないか、それとも彼女の方法に何らかの誤りがあったのではないかと考えました.あるいは、遺伝子が核ゲノムに移動したのかもしれません。これはミトコンドリア遺伝子で起こり得ることであり、ヤドリギの巨大なゲノム（人間の約 24 倍の大きさ）は、これまでのところ全ゲノム配列決定を妨げてきました。誰もが失われた遺伝子の謎を解き明かそうと熱心に取り組んでいました.
「研究者がヤドリギの植物を手に入れようとして木から落ちたと冗談を言い始めました」と Senkler は Quanta にメールで書いています。 実際、彼女と彼女の同僚がドイツに戻るやいなや、「私たちは長い枝切り機を購入し、ヤドリギの収集を始めました。」
彼らだけではありませんでした。ハノーバーのセンクラーの研究室からそう遠くない、ポツダム ゴルムのマックス プランク分子植物生理学研究所で、生化学者のエティエンヌ マイヤーは彼自身の調査を開始しました。また、イングランドのノリッジにあるジョン イネス センターでは、Janneke Balk も同様に、ヤドリギのミトコンドリアを掘り下げることにしました。 Balk のチームはすぐに Meyer のチームに連絡を取り、2 つのラボが力を合わせました。 「それが物語をより強固なものにしています」と Meyer 氏は言いました。
最終的に、3 つの研究チームはすべて同じ結論に達しました。ヤドリギのミトコンドリアは、他のすべての植物、菌類、動物のミトコンドリアと同じ ATP 生成プロセスを実行しません。スキッピントンが話した遺伝子は、変異したり再配置されたりしたのではなく、本当になくなった.そして今のところ、ヤドリギがヤドリギなしでどのように生き残るかは誰にもわかりません.
メタボリック・ミーザーズ
これまでに研究された他のすべての多細胞生物、そしてさらに言えば、ほとんどの単細胞真核生物では、ミトコンドリアは 5 段階のプロセスで ATP を生成します。各ステップは、タンパク質、複合体 IV の別のスイートによって実行されます。スウェーデンのストックホルム大学の植物学者 Gitte Petersen は次のように述べています。
植物の系統化学者としての訓練を受けたピーターセンは、最初、複合体 I のこの喪失はよくあることかもしれないと考えました。しかし、彼女と彼女の同僚が他の 9 つの寄生植物グループを調べたところ、残りは正常でした。ヤドリギだけで何か特別なことが起こったようです.
ヤドリギがこれらの非常に重要な遺伝子の損失をどのように補うかについては、「推測するしかありません」と Meyer 氏は述べています。
実験によると、ヤドリギはある程度の ATP を生成します。彼らのミトコンドリアがその中で大きな役割を果たしているかどうかは不明です. Meyer と Balk の共同研究は、植物が解糖に使用するためのより多くのタンパク質を生成することを発見しました。解糖は、糖を分解してすべての細胞に見られる ATP を作る非効率的な方法です。しかし、科学者たちは、植物がその方法で生成する ATP の量を正確に判断できませんでした.
それでも、ミトコンドリアの通常のATP出力に匹敵するほど解糖を増加させるには、より多くの糖が必要になります. Meyer 氏の推測では、ヤドリギは水やミネラルとともに、宿主から砂糖を盗みます。マイヤーはその考えを「非常に仮説的」と呼んでいますが、それらは他の植物よりも熱狂的に光合成して余分な糖を生成することさえあるかもしれません.
ヤドリギは、スクルージのようなケチでエネルギーを使うこともあります。 Senkler と Petersen はどちらも、寄生的な生活様式と成長の遅さにより、ヤドリギが少量の ATP で生存できる可能性があることを指摘しました。実際、「ヤドリギは、エネルギーが制限された状況で生き残る方法を教えてくれるかもしれません」と Senkler 氏は述べています。
複雑すぎて維持できませんか?
しかし、ヤドリギはミトコンドリアが不足していてもうまくやっていけますが、答えのない大きな疑問は、なぜこれらの植物が一見有用なものを捨ててしまったのかということです.
Senkler の疑いは、私が負担が大きすぎて維持できなかったということです。それは、細胞のさまざまなサブコンパートメントで作られ、組み立てられ、ミトコンドリアの内膜に収まる必要がある約 50 のタンパク質で構成されています。たとえそれが長期的にはより多くのエネルギーを意味するとしても、すべてのエネルギーコストはかなりのものであり、「ヤドリギは多くのエネルギーを必要とするプロセスを避けるようです」と彼女は言いました.
エネルギーを消費する特性、つまり「還元的進化」を捨てることは、寄生虫の共通のテーマであるとマイヤーは指摘した.そして、この特定の一連のタンパク質を失うことには、追加の利点があるかもしれません。複合体 I は、細胞の損傷を引き起こす可能性のある非常に反応性の高い分子を放出するため、それを失うと、植物がストレスに対してより回復力を持つようになる可能性があります。同様のミトコンドリア遺伝子の喪失が癌細胞で頻繁に見られます。これが、悪性細胞が他の細胞では生き残れない状況をしばしば生き残ることができる理由の一部です.
しかし、ピーターセンは、損失が有益であるとはまったく確信していません。おそらくヤドリギは、グループの進化の初期に壊滅的な突然変異のようなものを経験し、複雑な I を作る能力を偶然に失ってしまったのかもしれません。ライフスタイルは補償する方法を提供しました。彼女は、追加の遺伝子配列決定によって、損失がいつ発生したか、および植物がすでに寄生していたかどうかを研究者が推測できるようになるかどうかに興味があります.
植物のコンプレックス I の喪失がランダムな不運であることが判明した場合、おそらくヤドリギは私たちと同じように、休暇を乗り切るために必要なことは何でもしています.
