菌類（カビやキノコ）は、胞子から菌糸と呼ばれる管状の細胞を伸ばして成長し、分岐と菌糸成長を繰り返して、菌糸体と呼ばれる放射状に広がるネットワークを形成します。このネットワークは、水分や栄養を広く行き渡らせるのに適しており、菌類の生存域の拡大、生態系における栄養循環、菌根共生、病原性などにとって重要です。しかしながらこれまで、菌糸ネットワーク内のシグナル伝達を可視化した報告はありませんでした。本研究では、菌糸内のカルシウム濃度変化を蛍光で可視化し、局所的な刺激に応答して菌糸ネットワーク内部でカルシウムシグナルが伝搬する様子を明らかにしました。
菌糸内部でのカルシウムシグナルの伝わる範囲がごく狭いこと、刺激を与えた場所でのみ菌糸の成長に遅れが見られたことから、菌糸ネットワークが局所的な反応をしていることが示されました。また、Ca2+ 受容体を免疫沈降し、質量分析によりその下流の標的を同定しました。局所刺激は、さまざまなシグナル伝達を介して代謝を調節する一方で、菌糸先端の細胞骨格と膜輸送の再編成を通じて、菌糸成長の停止と再開を制御することが示されました。本研究では、脳や神経系のような集中制御系を持たない菌糸ネットワークが、局所的なストレスに応答して、局所限定でカルシウムシグナルが活性化されることにより、地方分権型の応答を示すことを明らかにしました。菌糸ネットワークにおけるシグナル伝達の理解は、菌類が関わる生態学的役割の制御など、バイオテクノロジーへの応用につながると期待されます。
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プレスリリース
研究代表者
筑波大学生命環境系
竹下 典男 准教授
東北大学大学院 農学研究科
深澤 遊 助教
埼玉大学 大学院理工学研究科
豊田 正嗣 教授
龍谷大学 農学部植物生命科学科
別役 重之 准教授
掲載論文
【題名】 Local calcium signal transmission in mycelial network exhibits decentralized stress responses
(菌糸体ネットワークにおける局所的なカルシウムシグナル伝達がストレス応答の分散化を示す) 【掲載誌】 PNAS Nexus 【DOI】 10.1093/pnasnexus/pgad012