「小さな竜巻」が植物病原体を拡散する様子をご覧ください

病原菌や細菌は人間や動物を病気にするだけではありません。細菌や真菌による病気はあらゆる種類の植物に大被害をもたらします。植物にとって特に厄介な病原菌はサビです。これは金属に見られるサビとは異なりますが、似たような明るい赤、オレンジ、黄色、茶色をしており、装飾的な植物の外観を損ないます。さらに重要なのは、小麦や大麦などの重要な作物を全滅させる可能性があることです。

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さびは、COVID-19と同様に空気感染し、胞子と呼ばれる細胞を介して健康な植物に広がります。これらの胞子がどのように移動するかを理解することは、植物を保護するためのより良い方法を設計するための鍵となります。1月31日にサイエンス・アドバンス誌に発表された研究では、高速カメラを使用して、植物の胞子がどのように拡散するかを分析しました。小さな「竜巻」が感染した植物から健康な植物に病原体を拡散する仕組みが明らかになりました。

さび病に感染した小麦の葉に雨粒が当たると、葉がバタバタと揺れて小さな空気の渦が生まれ、胞子が周囲に拡散します。くしゃみや咳に含まれるウイルス粒子のように、胞子は健康な植物に感染します。

この研究では、コーネル大学のチームが高速カメラを使用してこのプロセスを分析しました。これは、ウイルス、細菌、卵菌類などの病原体が植物の葉から広がるのを防ぐための戦略を設計するための一歩となる可能性があります。

映像により、研究チームは胞子の軌道と、葉が作り出すサイクロンのような渦によって胞子がどのように運ばれるかを予測することができた。研究チームは、地球物理学的流れ、つまりジェット気流のような大規模な海洋および大気の流れを研究するために通常使用される技術を使用した。研究チームは、これらの気流を数桁縮小して、跳ねる小麦の葉の周りの空気中の渦を理解し、予測した。

「空中の小さな竜巻のようなものだ」と、研究の共著者でコーネル大学の生物物理学者、ソンファン・ジョン氏は声明で述べた。「私たちは、こうした渦巻き運動の大きさ、そしてそれがいつ形成されるか、胞子がどのように動き回るかを説明しているので、すべてが予測可能です。」

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研究チームは、生きた胞子を扱うという制約があるため、実際の胞子を模倣するために小さな中空のガラス粒子を使用しました。この方法により、葉から胞子がいくつ飛び出すか、どの方向に飛ぶか、感染した植物からどのように移動するかを判断することができました。

研究チームは、この研究で得られたデータが、胞子の拡散源に直接到達して胞子が健康な植物に感染するのを防ぐ新しい方法の開発に役立つことを期待している。

「まだ解決策は見つかっていない」とユン氏は言う。「しかし、葉の周りのこうした渦構造を何らかの方法で制御できれば、胞子が新しい植物に広がるのを抑えることができるだろう。」