植物のミカタ

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コリンはアメリカのFDAでビタミン様物質として扱われる重要な栄養素です。細胞膜の構造維持、神経伝達物質アセチルコリンの前駆体、メチル基代謝への関与といった役割があります。特にアセチルコリンは記憶や学習に深く関わり、脳の海馬などで重要な役割を果たします。コリンはとろろにも含まれており、記憶力増強効果が期待できます。コリンは脳の健康に欠かせない栄養素と言えるでしょう。

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とろろそばのポスターでうたわれている、とろろの効能「疲労回復、老化防止、美容効果、記憶力向上」の成分を探っています。 企業サイトによると、とろろにはデンプン分解酵素、コリン、サポニン、食物繊維が含まれています。 すりおろすことで加熱せず酵素を摂取でき、食物繊維が酵素の活性を維持します。 今回は触れていませんが、コリンにも注目すべき効能がありそうです。

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いもち病菌の感染を防ぐため、イネの葉面に有益な微生物を定着させる方法が模索されている。いもち病菌はα-1,3-グルカンでイネの免疫を回避するが、ある種の細菌由来酵素はこのグルカンを分解できる。そこで、葉面にこの酵素を持つ細菌や、その定着を助ける酵母を常在させることが有効と考えられる。農業環境技術研究所の報告では、酵母が生成する糖脂質MELが、コムギの葉面へのバチルス属細菌の定着を促進することが示された。この知見を応用し、酵母が葉面を占拠した後、α-1,3-グルカン分解酵素を持つ微生物が定着する流れを作れば、いもち病の発生を抑制できる可能性がある。残る課題は、いかにして酵母を葉面に定着させるかである。

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矢野・若山の論文は、細菌型α-1,3-グルカナーゼの特性を解析したものです。糸状菌の細胞壁主要成分であるα-1,3-グルカンを分解するこの酵素は、菌類の生育を抑制する可能性を秘めています。論文では、バチルス属細菌由来のα-1,3-グルカナーゼ遺伝子を大腸菌で発現させ、精製した酵素の特性を調べました。最適pHは6.0、最適温度は50℃で、α-1,3-グルカンを特異的に分解することを確認。生成物は主にグルコースとニグロースで、他のグルカナーゼとは異なる切断様式を示しました。この酵素は、糸状菌による植物病害抑制に役立つ可能性が示唆されています。

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ブナシメジの廃菌床の活用法に着目した記事。ブナシメジは抗菌作用のある揮発性物質VAを生成し、特にキャベツの黒すす病菌に有効。廃菌床にもVAが含まれる可能性が高く、大量廃棄されている現状は資源の無駄。白色腐朽菌であるブナシメジの廃菌床はリグニン分解済みで、水田への施用によるレンゲ栽培や米の品質向上、ひいては二酸化炭素排出削減、農薬使用量削減にも貢献する可能性を提示。休眠胞子が大半を占める廃菌床は、作物への悪影響がない限り積極的に活用すべきと結論づけている。

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腸内細菌は、腸管上皮細胞の糖鎖末端にあるシアル酸を資化し、特にウェルシュ菌のような有害菌はシアル酸を分解することで毒性を高める。ビフィズス菌もシアル酸を消費するが、抗生剤投与で腸内細菌叢のバランスが崩れると遊離シアル酸が増加し、病原菌増殖のリスクが高まる。シアリダーゼ阻害剤は腸炎を緩和することから、有害菌ほどシアル酸消費量が多いと推測される。ゆえに、ビフィズス菌を増やし、糖鎖の過剰な消費を防ぐことが重要となる。さらに、日本人の腸内細菌は海苔の成分であるポルフィランを資化できることから、海苔の摂取も有益と考えられる。

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過酸化水素は好中球が体内に侵入した細菌類を殺菌する際に、活性酸素の一種として生成されます。好中球は細菌を認識し、取り込み、活性酸素、過酸化水素、次亜塩素酸、加水分解酵素などを用いて殺菌します。殺菌後の好中球は死亡し、膿となります。活性酸素の過剰発生はウイルス感染後の重症化に繋がるため、好中球の働きと食生活による免疫向上には関連性がありそうです。

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ハチミツの美味しさを探るには、ショ糖をブドウ糖と果糖に加水分解する酵素「インベルターゼ」が重要。ミツバチは花蜜のショ糖をインベルターゼで単糖に変換し貯蔵する。これにより糖濃度が上昇し、ジャムのように腐敗を防ぐ効果があると考えられる。しかし、ハチミツの糖組成はブドウ糖より果糖が多い。ショ糖の加水分解では等量のブドウ糖と果糖が生じるはずだが、果糖が多い理由は何か。ブドウ糖の消費、蜜源植物の種類などが影響している可能性があり、更なる探求が必要である。

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カブトムシの黒色色素メラニンを分解する菌について調査。花王の特許に見つかったメラニン分解酵素は、土壌中の担子菌セリポリオプシス・エスピー．MD-1株由来のマンガンペルオキシダーゼで、マンガンと過酸化水素存在下で毛髪メラニンを分解する。分解後はインドール等、或いはL-ドパ等のフェノール性化合物として土壌残留の可能性があるが詳細は不明。セリポリオプシス・エスピー．MD-1株はコウヤクタケの一種で、白色腐朽菌として知られ、針葉樹林の発酵処理に利用される。メラニンがコウヤクタケにより腐植化するか否かは今後の研究課題。

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ビタミンB12は、動物性食品に多く含まれる必須栄養素で、植物や菌類にはほとんど存在しない。土壌中の細菌がビタミンB12を生成するが、現代の衛生環境では摂取は難しい。ビタミンB12はDNA合成や赤血球形成に関与し、不足すると悪性貧血や神経障害を引き起こす。 一部の藻類もビタミンB12を含むとされるが、種類や生育条件により含有量は大きく変動する。そのため、ベジタリアンやビーガンはサプリメントなどで補う必要がある。ビタミンB12は他のビタミンB群と異なり体内に蓄積されるため、欠乏症の発症は緩やかだが、定期的な摂取が重要となる。

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植物の成長促進における枯草菌の役割に着目し、みすず書房「これからの微生物学」の記述を基に考察。枯草菌は植物ホルモンのオーキシンやブタンジオールを産生し、成長を促進する。また、納豆菌（枯草菌の一種）はフィチン酸分解酵素を分泌し、有機態リン酸を分解できる。このことから、家畜糞堆肥施用土壌で腐植主体に変えるとリン酸値が上昇する現象は、枯草菌による有機態リン酸の分解・可給化が要因だと推測される。この作用は、リン酸施肥量削減の可能性を示唆する。

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クオラムセンシングは細菌の細胞密度依存的な情報伝達機構であり、病原菌の病原性発現にも関与する。クオラムセンシングを阻害するクオラムクエンチングは、病害防除の新たな戦略として期待される。本稿では、クオラムクエンチング酵素、特にAHL分解酵素の多様性と応用について概説する。AHL分解酵素は、N-アシルホモセリンラクトン(AHL)を分解することでクオラムセンシングを阻害する。AHL分解酵素は多様な微生物から発見されており、その構造や基質特異性も様々である。AHL分解酵素は、組換えタンパク質として利用したり、遺伝子組換え植物に導入したりすることで、植物病害の防除に効果を発揮することが示されている。

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ビフィズス菌は消化管下部で様々な糖を分解する酵素を持つ。これは、他の腸内細菌が利用しやすい糖が少ない環境で生き残るための適応と考えられる。ビフィズス菌はガラクトースを含む様々な糖を利用し、血中濃度が過剰になるのを防ぐ。乳酸菌摂取はビフィズス菌の活性化につながり、ヨーグルト等の乳製品摂取も健康にプラスに働く。しかし、ビフィズス菌の消化管下部への局在性など、更なる研究が必要な点も残されている。乳児の腸内フローラ形成におけるビフィズス菌の役割や、ヒト由来の糖質に作用する酵素に関する研究も進められている。

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バリダマイシンAは菌のトレハロース分解酵素を阻害する農薬である。トレハロースは高ストレス環境下で菌がグルコースから合成し、タンパク質の安定化に利用する。普段はエネルギー源であるグルコースを、ストレス下では安定化のためにトレハロースに変換し、ストレスから解放されると分解して再びグルコースに戻す。バリダマイシンAはこの分解を阻害することで、菌を餓死させる。 しかし、菌にとって低ストレス環境下ではトレハロースは合成されないため、バリダマイシンAの効果は疑問視される。作物感染時は、作物の防御反応により菌にとって高ストレス環境となる可能性が高いため、バリダマイシンAは有効と考えられるが、低ストレス環境下での効果は不明である。

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植物体内でのトレハロースの役割について、菌根菌との関連から考察されています。トレハロースはグルコースが2つ結合した二糖で、菌根菌との共生時に植物の根に蓄積されることが知られています。また、植物自身もトレハロース合成遺伝子を持ち、種子形成に必須の役割を果たしています。一方、過剰なトレハロースは発芽時のアブシジン酸過剰感受性や光合成活性低下を引き起こします。アブシジン酸は乾燥ストレス応答に関わる植物ホルモンであり、トレハロースも乾燥耐性と関連付けられています。菌根菌共生による宿主植物の乾燥耐性向上も報告されており、トレハロースが植物のストレス応答、特に乾燥耐性において重要な役割を担っている可能性が示唆されています。

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高C/N比の枝を堆肥化するには、窒素源が必要という通説への疑問を提起している。リグニン分解に必要な白色腐朽菌は、窒素過多だとトリコデルマ菌との競合に敗北し、分解が阻害される。木質堆肥に牛糞などを加える慣習は、速効性窒素によりトリコデルマを優位にし、リグニン分解を阻害する可能性がある。キノコの生育を観察すれば、窒素源が必要か判断できるはずで、土壌中には窒素固定菌も存在する。記事では、窒素源添加はむしろ有害である可能性を指摘し、自然界の分解過程に学ぶべきだと主張している。

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バリダマイシンAは、ネギやニラなどの作物でカット収穫後の消毒に使われる農薬。トレハロース分解酵素のトレハラーゼを阻害する作用機構を持つ。トレハロースは微生物にとって乾燥、凍結、熱、薬品、圧力などのストレス耐性を付与する物質。バリダマイシンAはトレハロース分解を阻害することで、菌のストレス耐性を奪い、過剰蓄積によるエネルギー消費の増大などで殺菌効果を発揮すると考えられる。

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良い土の匂いは放線菌によるものと言われ、放線菌は好気性で土壌中に棲息する細菌である。キチン質を分解して増殖し、世界初の抗生物質ストレプトマイシンを生産する菌種も存在する。ストレプトマイシンは真正細菌のタンパク質合成を阻害することで増殖を抑えるが、動植物には作用しない。放線菌の生育しやすい環境は栽培にも適しており、植物の免疫活性化に繋がるキチンの断片も土壌中に存在するため、病害抑制にも関与すると考えられる。

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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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キノコは成長過程で、キチナーゼなどの酵素で自身の細胞壁を分解・再構成する。この仕組みは、カニ殻を土壌改良材として使うのと同様に、キノコが生えた場所でもキチン分解効果が期待できることを示唆する。特にシイタケは子実体形成期と収穫後にキチン分解酵素の活性を高める。このことから、キノコが生えた木材を農業資材として活用すれば、カビ病対策に繋がり、農薬使用量削減の可能性も考えられる。しかし、シイタケに含まれる免疫活性物質レンチナンは、収穫後の自己消化で急速に減少するため、天日干しによる効果は限定的である。

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キノコはエルゴステロールというビタミンD前駆体を含み、日光に当てるとビタミンDに変換される。エルゴステロールはキノコの細胞膜成分であり、光で変化するため、キノコ栽培は暗所で行われる。牛乳からのカルシウム摂取は乳糖不耐症の問題があり、卵殻などの炭酸カルシウムを酸で溶かしビタミンDと共に摂取する方が効率的だと筆者は主張する。