植物のミカタ

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この記事はサリチル酸の角質軟化作用のメカニズムを解説しています。まず、角質の硬さはケラチンによるものであると述べ、サリチル酸はケラチン自体に作用するわけではないことを指摘しています。次にサリチル酸の構造を図示し、ベンゼン環、カルボキシ基、ヒドロキシ基から構成されることを説明しています。ベンゼン環とカルボキシ基の存在によりサリチル酸は脂溶性を示し、油などの非極性物質と混ざりやすい性質を持つと解説しています。最後に、ベンゼン環とヒドロキシ基によるフェノール様の性質については、次回以降に持ち越すと述べています。

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サリチル酸の角質軟化作用について、角質とケラチンの説明から始まっている。角質は皮膚最外層の死んだ細胞層で、ケラチンという硬タンパク質を含んでいる。ケラチンの硬さは、システインというアミノ酸同士がジスルフィド結合していることによる。そして、サリチル酸はケラチンに直接作用するのではなく、別のメカニズムで角質を軟化させることが示唆されている。

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ドラッグストアでイボ取り薬の有効成分がサリチル酸であることに気づき、植物ホルモンとしても知られるサリチル酸の作用機序に興味を持った筆者は、その角質軟化作用について調べた。サリチル酸は角質細胞間のタンパク質を分解し、水分の浸透を促すことで角質を剥がれやすくする。 この強い反応性を持つサリチル酸を植物がどのように利用しているのか疑問に思い、その歴史を調べると、ヤナギ樹皮から抽出されたサリシンを加水分解・酸化することで得られることがわかった。植物は、反応性の高いサリチル酸を配糖体などの形で扱いやすくしていると考えられる。

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梓弓は、古事記などで「真の弓」とされ、神事に用いられる特別な弓です。材料となる「梓」は、諸説ありますが、現在はカバノキ科のミズメと考えられています。 ミズメは傷つけるとサリチル酸メチルという芳香を放ち、この香りは魔除けの効果があると信じられてきました。神事に用いる弓に魔除けの力を見出すのは自然な流れと言えるでしょう。 なぜ「梓」に木偏の漢字が当てられていないのか、興味深い点は尽きません。

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記事は、漆かぶれの原因物質であるウルシオールと類似した構造を持つアミノ酸、チロシンについて解説しています。特に、環境負荷の高い従来のフェノール製造法に代わり、チロシンからバイオフェノールを生成する微生物工学を用いた新しい製造法に焦点を当てています。 ハードチーズの熟成中に現れるチロシンの結晶は、旨味を示す指標となります。また、植物ホルモンであるサリチル酸は、チロシンから合成され、病原体に対する防御機構として働きます。さらに、一部のマメ科植物は、チロシンからアレロケミカルを生成し、他の植物の成長を抑制したり、害虫から身を守ったりしています。 このように、チロシンは食品、植物、微生物など、様々な分野で重要な役割を果たしています。

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漆かぶれはウルシオールを含む漆に触れることで起こる接触性皮膚炎です。ウルシオールはフェノールの一種で、細胞膜を破壊する作用があります。 生物学の実験では、フェノールを用いて細胞からDNAを抽出するフェノール・クロロホルム抽出が行われます。ウルシオールはフェノールに類似しており、皮膚から浸透して同様の作用を引き起こします。 ただし、漆に触れてもかぶれない人は、ウルシオールを認識する免疫反応が弱いか、または存在しません。また、ウルシオールとベンゼン環を含むアミノ酸のチロシンとの関係については、アレルギー反応を引き起こすかどうかは不明です。

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イネはシリカを吸収すると、葉が硬くなり倒伏しにくくなるだけでなく、病気や害虫への抵抗力も高まります。これは、シリカが細胞壁に沈着することで物理的な強度が増すとともに、植物の防御機構を活性化する働きがあるためです。 具体的には、シリカはイネの葉に多く蓄積され、表皮細胞の細胞壁を強化することで、害虫の侵入や病気の感染を抑制します。また、シリカはイネの免疫システムを刺激し、病原菌に対する抵抗力を高める効果もあります。 さらに、シリカはイネの光合成を促進し、収量増加にも貢献します。これは、シリカが葉の表面に薄い層を作り、光を効率よく吸収できるようになるためです。

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殺虫剤抵抗性を持つカメムシ類の増加により、稲作における殺虫剤の効果は低下している。天敵に頼る防除が重要だが、精神的な負担も大きい。そこで、ドローンを用いた黒糖液肥散布が有効な予防策として考えられる。植物はグルタミン酸で防御反応を活性化させるため、黒糖液肥に含まれるアミノ酸がイネの物理的損傷への耐性を高める可能性がある。さらに、アミノ酸は防御物質の合成や天敵誘引にも関与し、総合的な防御力向上に繋がる。病気や害虫発生時の農薬散布といった対処療法ではなく、事前の予防が重要性を増している。

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トマトの老化苗定植は微量要素欠乏のリスクを高める。老化苗は根の活性が低く、土壌からの微量要素吸収が不十分になりやすい。特に亜鉛欠乏は深刻で、葉の黄化や生育不良を引き起こす。さらに、亜鉛は植物ホルモンのオーキシン生成に関与し、不足すると花や果実の形成にも悪影響が出る。結果として、収量低下や品質劣化につながるため、老化苗定植時には微量要素、特に亜鉛の適切な補充が必須となる。葉面散布は即効性が高く効果的である。

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温室メロン栽培におけるハダニ防除にUV-B照射の効果検証が行われた。実験では、UV-B照射によりハダニ雌成虫の産卵数が減少し、死亡率が増加。さらに、UV-B照射区ではハダニの天敵であるカブリダニの増加も確認された。これらの結果から、UV-B照射はハダニ防除に有効である可能性が示唆された。しかし、実用化には照射量や照射時間、メロンへの影響など、更なる研究が必要である。また、UV-Bランプの設置コストや運用コストも課題として挙げられている。

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ウキクサ繁茂は水田の鉄分濃度と関連があり、土壌中の鉄分が有機物でキレート化されていないとイネは吸収しにくい。キレート化とは鉄イオンなどの金属イオンを有機物で包み込み、植物が吸収しやすい形にすること。キレート鉄は土壌pHの影響を受けにくく、即効性があるため、葉面散布や土壌灌注で鉄欠乏を改善できる。特にアルカリ性土壌では鉄が不溶化しやすいため、キレート鉄が有効。ただし、キレート剤の種類によって効果が異なるため、適切な選択が必要。

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ヨトウガは長距離移動する害虫で、特にハスモンヨトウは季節風に乗って中国大陸から日本へ飛来し、農作物に甚大な被害をもたらす。飛来数は気象条件に左右され、台風や偏西風の影響を受ける。卵は数百個単位の塊で産み付けられ、幼虫は成長段階によって食害の仕方が変化し、成長すると夜行性になるため防除が難しくなる。薬剤抵抗性を持ち、広食性のため様々な作物を食害する。そのため、飛来予測や防除対策の確立が重要となる。近年、フェロモントラップによる発生予察や性フェロモン剤による交信撹乱、Bt剤、天敵利用など、様々な防除技術が開発されている。

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草生栽培は、害虫防除に有効な可能性を秘めている。高齢農家は雑草を増やすと害虫も増えると考えるが、抵抗性誘導で害虫を防除できる。草が傷つくとジャスモン酸が合成され、ジャスモン酸メチルとして周辺に伝播し、作物の抵抗性を向上させる。スパイダーモアなどで通路の草を刈り、損傷させることで抵抗性誘導を促せる。刈る草も健康的に育てるため、肥料を与えて発根を促進するのが良い。ネギの畝間にマルチムギを生やすとアザミウマの被害が減った事例もあり、草を生やすこと自体が良い刺激になる可能性がある。ただし、草生栽培を行う前に、土壌を良い状態にしておくことが重要である。

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アミノ酸が植物病害、特に青枯病の予防に効果を持つ可能性が示唆されている。トマトでは酵母抽出液中のヒスチジンが青枯病の発病を抑える効果があり、アミノ酸肥料自体が予防効果を持つ可能性が出てきた。一方、イネではグルタミン酸が抵抗性を向上させる。グルタミン酸豊富な黒糖肥料はイネの青枯病予防に有効で、サリチル酸と同様の予防効果の伝播も期待できる。このことから、単子葉植物の緑肥マルチムギに黒糖肥料を与えることで、予防効果を高められる可能性がある。

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ヨトウガの幼虫対策として、殺虫剤以外の方法を検討。植物ホルモンであるジャスモン酸は食害虫の消化酵素を阻害する効果があるが、農薬としては多くの作物で使用できない。そこで、植物の抵抗性を高める「全身誘導抵抗性」に着目。特に、根圏微生物との共生によって誘導される抵抗性は、葉が食害されなくても発動する。そのため、発根量を増やし、土壌微生物との共生を促すことが重要となる。具体的な方法としては、草生栽培の効率化などが挙げられる。

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アザミウマの食害を軽減するために、ジャスモン酸の活用が有効である。シロイヌナズナを用いた研究では、ジャスモン酸を事前に散布することで、アザミウマの食害が大幅に減少した。これは、ジャスモン酸が植物の誘導防御を活性化し、忌避物質であるイソチオシアネートの合成を促進するためである。ジャスモン酸はα-リノレン酸から合成される植物ホルモンであり、べと病や疫病の予防にも効果が期待される。ただし、環境ストレス下ではジャスモン酸の効果が低下する可能性があるため、栽培環境の管理も重要となる。他の作物でも同様のメカニズムが期待されるため、食害および病害予防にジャスモン酸の活用は有効な手段となり得る。

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イネは病原菌感染に対し、ファイトアレキシンと呼ばれる抗菌物質を産生する防御機構を持つ。ファイトアレキシン生合成は複雑な制御を受けているが、近年、鍵となる転写因子WRKY45の機能が解明された。WRKY45は病原菌感染に応答して活性化し、下流の遺伝子群を発現させることで、様々なファイトアレキシン生合成を促進する。特に、イネいもち病菌抵抗性には、ジテルペノイドファイトアレキシン生合成経路の活性化が重要であることが示された。この発見は、WRKY45の機能を強化することで、病害抵抗性イネ品種の開発に繋がる可能性を示唆している。

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農研機構の研究では、タバコ由来の「ロリオライド」がナミハダニを始めとする害虫の生存率・産卵数を低下させることが明らかになりました。ロリオライドは殺虫作用を持たず、プラントアクティベータとして働きます。これは、作物の害虫に対する防御反応を示唆しています。 ロリオライドはカロテノイドを起源とし、カロテノイドが分解される際に生じます。植物は、害虫に対する防御反応の一環として、ロリオライドなどのプラントアクティベータを使用している可能性があります。この研究は、害虫防除のための新たな戦略につながる可能性があります。

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京都大学の研究によると、ハダニは捕食性のカブリダニと寄生性のハチという異なる天敵に対して、それぞれ異なる防御機構を持つ。カブリダニには網を張ることで対抗し、寄生バチには体表の毛を増やすことで対抗する。しかし、両方の防御機構を同時に発達させることはできず、どちらか一方に特化することでしか身を守れないことが判明した。つまり、ハダニは複数の天敵が存在する環境下では、いずれかの天敵に対して脆弱になるというトレードオフが存在する。この発見は、複数の天敵を利用したハダニの生物的防除に新たな可能性を示唆している。

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土壌には、植物の生育に必要な栄養素の供給を助ける土壌酵素が存在する。土壌酵素は、複雑な有機物を植物が利用可能な形に分解する役割を担っている。酵素活性は、土壌の健康状態を示す重要な指標であり、微生物の活動と密接に関連している。特に、単純な構造を持つ生物は、周囲の環境に大きな影響を与える。例えば、特定の細菌は酵素を分泌し、他の生物が利用可能な栄養素を生み出す。つまり、複雑な生態系において、シンプルな生物が重要な役割を果たし、栄養素の循環を促進していると言える。土壌酵素活性は持続可能な農業において土壌健全性の指標として重要である。

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ヘアリーベッチの土壌消毒効果のメカニズムを探るため、その根から分泌されるシアナミドの作用機序に着目。シアナミドは石灰窒素の有効成分で、人体ではアルデヒドデヒドロゲナーゼを阻害し、アセトアルデヒドの蓄積による悪酔いを引き起こす。アセトアルデヒドはDNAと結合し、タンパク質合成を阻害することで毒性を発揮する。この作用は菌類にも影響を及ぼし、土壌消毒効果につながると考えられる。

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ショウガの根茎腐敗病は、卵菌類（フハイカビ）によるもので、根茎が腐敗する。卵菌類はかつて菌類とされていたが、現在ではストラメノパイルという原生生物に分類される。細胞壁にキチンを含まないため、カニ殻肥料によるキチン分解促進や、キチン断片吸収による植物免疫向上といった、菌類対策は効果がない可能性がある。卵菌類はかつて色素体を持っていた藻類であった可能性があり、この情報は防除対策を考える上で重要となる。

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乳酸菌由来の農薬は、ハクサイの軟腐病対策に有効である。その作用機序は、乳酸菌自体による抗菌作用ではなく、植物側の抵抗性誘導と軟腐病菌との競合にある。乳酸菌をハクサイに散布すると、植物体内でサリチル酸等の防御機構が活性化される。同時に、葉面での乳酸菌密度の増加は、軟腐病菌との栄養や空間をめぐる競合を引き起こし、病原菌の増殖を抑制する。この農薬はグラム陽性細菌である乳酸菌を利用するため、グラム陰性細菌用の農薬との併用も可能。さらに、乳酸菌の増殖を促進するアミノ酸肥料との併用で効果向上が期待される。

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乳酸菌が生成するL-β-フェニル乳酸は植物の発根を促進する。新潟大学農学部研究報告の論文によると、植物ホルモンのオーキシンは亜鉛との相互作用で発根を促進し、同様にサリチル酸も発根に関与する。これらは芳香族アミノ酸を基に合成される。さらに、スノーシード社の資料では、トリプトファン（オーキシンの前駆体）とフェニル乳酸の混合により、相乗的に不定根形成が促進されることが示された。つまり、トリプトファン、フェニル乳酸、亜鉛の組み合わせは発根促進に有効である。

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キノコ栽培後の廃培地は、栄養豊富にも関わらず、多くの場合焼却処分されている。これは、線虫や雑菌の温床となりやすく、再利用による病害リスクが高いためである。特に、連作障害が深刻なキノコ栽培では、清潔な培地が必須となる。また、廃培地の堆肥化は、キノコ菌の増殖が抑制されず、他の有用微生物の活動が阻害されるため困難である。さらに、廃培地の運搬コストや堆肥化施設の不足も焼却処分を選択する要因となっている。結果として、資源の有効活用という観点からは課題が残るものの、現状では病害リスク軽減を優先した焼却処分が主流となっている。

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アーバスキュラ菌根菌、特にグロムス菌門は、多くの陸上植物と共生関係を築き、アーバスキュラ菌根を形成する。宿主植物の根よりも細く長い菌糸を伸ばし、リン酸などの養分吸収を促進する。また、感染刺激により植物の免疫機能を高め、病原菌への抵抗性を向上させる「ワクチン効果」も持つ。乾燥や塩害への耐性も向上する。しかし、植物にとって共生は負担となるため、養分が豊富な環境では共生関係は形成されにくい。

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米の美味しさは、デンプンの量よりデンプン分解酵素アミラーゼの効率性に依存する。アミラーゼはタンパク質と補酵素（カルシウムイオン）から成るが、カルシウムは土壌に豊富なので、米の美味しさへの直接的影響は少ないと考えられる。 米は炊飯時に糊化（アルファ化）し、デンプンの水素結合が切れ、酵素が分解しやすくなる。 糊化が進むほど、唾液中の酵素で糖に分解されやすくなり、甘みが増す。 記事では、米の美味しさの鍵となるアミラーゼの効率性、関連する酵素、タンパク質、アミノ酸、補酵素について解説し、糊化に関する論文を紹介している。

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バリダマイシンAは、トレハロース分解阻害による殺菌作用を持つ農薬だが、植物の抵抗性（SAR）も誘導する。ネギ等の切断収穫後の消毒に慣習的に用いられるが、これはSAR誘導による予防効果と合致する。SAR誘導剤であるプロベナゾールと同様に、バリダマイシンAもサリチル酸の上流で作用すると推定される。植物の免疫は防御タンパク質の合成によるもので、農薬に頼る前に栽培環境や施肥を見直すことが重要である。適切な施肥設計と緑肥活用による土壌環境調整は、農薬の使用回数削減に繋がる。

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京都農販は、こと京都の社内研修でネギの軟腐病予防について講演しました。こと京都からの要望は、ネギ軟腐病予防に関する最新の研究論文に基づいた情報の提供でした。 講演では、軟腐病菌の侵攻阻止メカニズムと、有効な予防薬がない現状における肥料の活用や植物生理、特にシグナルの理解の重要性を強調しました。防御ホルモンであるサリチル酸に着目し、植物の抵抗性を高める戦略についても解説しました。現在、京都のネギ栽培に適した農薬は認可されておらず、肥料の効果的な活用や植物シグナルの操作による効率的な予防法の開発が今後の課題となっています。

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植物はサリチル酸(SA)というホルモンで病原体への防御機構を活性化します。SAは病原体感染部位で生合成され、全身へシグナルを送り、抵抗性を誘導します。この抵抗性誘導は、病原関連タンパク質(PRタンパク質)の蓄積を促し、病原体の増殖を抑制します。PRタンパク質には、病原体の細胞壁を分解する酵素や、病原体の増殖を阻害する物質などが含まれます。SAは、植物免疫において重要な役割を果たす防御ホルモンです。プロベナゾールはSAの蓄積を促進し、植物の防御反応を高めます。

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大豆にはプロテアーゼ・インヒビターやアミラーゼ・インヒビターなどの消化阻害物質が含まれており、生食すると消化不良を起こす可能性がある。しかし、加熱によってこれらの阻害物質は失活するため、炒った豆であれば安全に食べられる。日本の伝統的な大豆食品である醤油、味噌、納豆は、発酵過程でこれらの阻害物質が分解され、旨味成分であるアミノ酸へと変化する。これは、大豆の自己防衛機構を逆手に取った人間の知恵と言える。節分で食べる炒り豆も、この知恵に基づいた安全な食習慣である。

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植物は、病原菌などから身を守るため、サリチル酸とジャスモン酸という2つのホルモンを使い分けています。サリチル酸は、主に細菌やウイルスなどの病原体に対する防御に関与し、PRタンパク質などの抗菌物質の産生を促します。一方、ジャスモン酸は、昆虫の食害や細胞傷害などに対する防御に関与し、プロテアーゼインヒビターなどを産生して防御します。これらのホルモンは、それぞれ異なる防御機構を活性化しますが、互いに拮抗作用を持つため、バランスが重要です。つまり、サリチル酸系の防御機構が活性化すると、ジャスモン酸系の防御機構が抑制されるといった具合です。そのため、特定の病害対策として一方のホルモンを活性化させると、他の病害に対して脆弱になる可能性があるため、注意が必要です。

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植物の免疫機構において、ペプチドの一種であるシステミンがホルモン様の役割を果たす。傷害を受けた植物はシステミンを合成し、他の器官へ輸送する。システミンを受容した細胞は防御ホルモンであるジャスモン酸を合成し、殺傷菌に対する防御応答を開始する。これは、生きた細胞に寄生する菌に対するサリチル酸とは異なる機構である。システミンや防御タンパク質の合成にはアミノ酸が利用され、ジャスモン酸合成にもアミノ酸から作られる酵素が関与するため、植物の免疫においてアミノ酸は重要な役割を担っていると言える。

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果実内発芽は、土壌中のカリウム欠乏が原因で発生する。カリウムは植物の浸透圧調節や酵素活性に不可欠であり、不足すると果実の糖度低下や組織の脆弱化を引き起こす。結果として、種子が果実内で発芽しやすい環境が整ってしまう。果実内発芽を防ぐためには、土壌への適切なカリウム供給が重要となる。土壌分析に基づいたカリウムの施肥管理や、カリウムを多く含む肥料の利用が有効である。

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植物ホルモンのエチレンは、アミノ酸のメチオニンから生合成される。メチオニンとは異なり窒素を含まない単純な構造のエチレンへの変換過程で、窒素の行方が疑問となる。エチレンは果実の熟成に関わることで知られるが、一般的には植物の成長や花芽形成を抑制する働きを持つ。

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植物と土壌微生物は共生関係にあり、互いに利益を与え合っている。植物は光合成産物を微生物に提供し、微生物は植物が必要とする栄養素を供給する。特に、植物の根圏は微生物の活動が活発な場所で、植物は根から分泌物を出して特定の微生物を集め、独自の微生物叢を形成する。窒素固定細菌は空気中の窒素を植物が利用できる形に変換し、菌根菌はリン酸などの栄養吸収を助ける。また、植物成長促進根圏細菌(PGPR)は植物ホルモンを産生したり、病原菌から植物を守ったりするなど、様々な形で植物の成長を促進する。このように、植物と土壌微生物の相互作用は植物の生育に不可欠である。

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植物ホルモンのサリチル酸生合成の解明をきっかけに、芳香族アミノ酸であるチロシンとフェニルアラニンの関係が注目された。チロシンはベンゼン環にヒドロキシ基を持つのに対し、フェニルアラニンは持たない。動物ではフェニルアラニンからチロシンが合成される。植物では、シキミ酸経路においてシキミ酸からプレフェン酸を経て、チロシンとフェニルアラニンが合成される。また、サリチル酸生合成に関わるコリスミ酸もシキミ酸経路で生成される。シキミ酸経路は植物色素、リグニン、ABAなど様々な物質の合成に関与している。

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植物ホルモンのサリチル酸は、病原菌感染時に植物体内で合成され、免疫応答を誘導するシグナル分子として働く。サリチル酸はフェニルアラニンまたはコリスミ酸から生合成される。病原菌侵入時に増加し、防御機構を活性化する酵素群の合成を促す。また、メチル化により揮発性となり、天敵を誘引したり、近隣植物の免疫を活性化させる可能性も示唆されている。この作用はプラントアクティベーターという農薬にも応用されている。

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アミノ酸はタンパク質の構成要素であるだけでなく、個々のアミノ酸自体が植物に様々な影響を与える。例えば、プロリンは乾燥ストレス時に細胞内に蓄積し、植物の耐性を高める。また、チロシンは植物ホルモンであるサリチル酸の前駆体であり、サリチル酸は植物の病害抵抗性や成長に関与する。このように、アミノ酸は単なる材料ではなく、植物の様々な生理機能に直接関わる重要な役割を担っている。