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「作物に油脂の肥料を与えると、光合成の質は向上するのか？」という問いから、植物の代謝メカニズムを深掘りします。香気物質ゲラニル二リン酸（GPP）の原料であるアセチルCoAが、脂肪酸合成とも共通の出発物質であることに着目。筆者は、脂肪酸が豊富な肥料を与えることで、アセチルCoAがイソプレノイド（GPP原料）合成に優先的に使われ、ニンジンの香気成分（カロテノイド）増加、さらには光合成効率の向上、ひいては生産性アップに繋がる可能性を仮説として提起しています。油脂肥料が植物の機能性や収量に与える影響を探る、示唆に富む内容です。
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柑橘などテルペン系香気物質の香りを強化する肥培管理に向け、主要前駆体ゲラニル二リン酸(GPP)の合成経路を解説します。GPPはイソペンテニル二リン酸(IPP)とジメチルアリル二リン酸(DMAPP)から合成され、本記事ではIPPの「メバロン酸経路」に焦点を当てます。メバロン酸経路は、細胞質でアセチルCoAを出発物質とし、メバロン酸を経てIPPを生成する反応です。これにより、香気物質の深い理解を目指します。
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サンショウの実の香りの主成分はd-リモネンと酢酸ゲラニルで、どちらもテルペノイドに属する。リモネンはミカン科のサンショウに含まれることは納得できる。テルペノイドはカロテノイド合成に関連しており、サンショウはカロテノイドも豊富に含むと推測される。先駆植物であるサンショウは、強光下で活性酸素の発生を抑えるキサントフィルサイクルのためにカロテノイドを蓄えている可能性がある。葉の表面のツヤではなく、カロテノイドで過剰な光エネルギーに対処していると考えられる。香りの良い葉にも注目することで、更なる発見があるかもしれない。
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イネは品種改良を通してサイトカイニン含量が増加し、収量向上に繋がった。サイトカイニンは分げつ伸長や養分転流に関与する重要な植物ホルモンだが、根の伸長は抑制する。高校生物で学ぶ「サイトカイニンは根で合成」は少し不正確で、実際は地上部で合成されたiP型サイトカイニンが根に運ばれ、tZ型に変換されて地上部へ送られ作用する。根の栄養塩が豊富だとtZ型への変換が促進され、サイトカイニン活性が高まる。
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植物におけるカロテノイド生合成は、IPPとDMAPPを前駆体として非メバロン酸経路またはメバロン酸経路で進行する。最終生成物はカロテノイドであり、様々な構造と機能を持つ。例えば、光合成の補助色素や抗酸化物質として働く。カロテノイド生合成の制御は、代謝工学的手法で遺伝子発現を操作することで可能となる。これにより、特定カロテノイドの増産や新規カロテノイドの創出が可能となる。栄養価向上や産業利用などへの応用が期待されている。
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イネから発見されたジテルペノイドの一種、モミラクトンAとBは、植物の根から分泌される抗菌成分で、幅広い生物活性を持ち、他感作用（アレロパシー活性）を示す。もみ殻に多く含まれるラクトン化合物であることから命名された。近年、動物細胞への抗がん作用も報告され、注目されている。イソプレノイドは、IPPとDMAPPという炭素数5の化合物が結合して生成される。これらの前駆体は、非メバロン酸経路(MEP経路)またはメバロン酸経路(MVA経路)で合成される。モミラクトンは、イネの生育に有利な環境を作り出すことで、稲作の拡大に貢献した可能性がある。