限界的ストレス地域における植物二次代謝物生産のための多目的作物としてのカルドーン（L.L

L. as a Multipurpose Crop for Plant Secondary Metabolites Production in Marginal Stressed Lands.

• Helena Domenica Pappalardo
• Valeria Toscano
• Giuseppe Diego Puglia
• Claudia Genovese
• Salvatore Antonino Raccuia

抄録

カルドーンは、キク科の地中海性作物で、バイオマスや二次代謝物の生産量が多く、気候変動への適応性に優れていることが特徴で、グリーンケミストリー、栄養補助食品、医薬品などの分野で利用されています。最近の研究では、ストレスの多い環境下でもカルドオンが育つことが明らかになっており、これは生物学的に活性な化合物の生合成を促進することに関連しており、この効果は、気候変動の影響を受ける世界の多くの限界地域を特徴づける生物学的ストレス（塩分、熱、汚染、干ばつストレス）によって増大する。これらのストレスに対する植物の応答は、細胞の過剰酸素濃度とイオン不平衡を緩和したり、抗酸化分子を合成したりするなど、植物の生物学的機能を変化させるさまざまなプロセスを実行することで構成されています。本研究の目的は、環境ストレスに対するカルドオンの応答機構を調べ、生理活性化合物の生合成に及ぼす影響を評価することである。本研究では、塩ストレス条件下でのカルドーン種子の発芽能力を解析し、得られた新芽について全フェノール含量と抗酸化活性を測定した。さらに、重金属ストレス条件下で生育したカルドーン種子の生育をモニターし、重金属輸送関連遺伝子の発現レベルを解析した。その結果、カルドーン植物の生物学的ストレス耐性は、異なる防御機構のおかげで、生物学的活性分子を多く含むバイオマスが得られる可能性があることが示された。さらに、本種のヒ素・カドミウムの取り込み・移動に関与する金属輸送をコードする重要な遺伝子を同定した。このことから、本種は限界地におけるグリーンケミストリーやエネルギー源として有望な作物であると考えられる。

Cardoon ( L.) is a Mediterranean crop, member of the Asteraceae family, characterized by high production of biomass and secondary metabolites and by a good adaptation to climate change, usable in green chemistry, nutraceutical, and pharmaceutical sectors. Recent studies demonstrated the ability of cardoon to grow up in a stressful environment, which is associated with enhanced biosynthesis of biologically active compounds in these plants, and this effect is increased by abiotic stresses (salt, heat, pollution, and drought stress) that characterize many world marginal areas, affected by the climate changes. The plant response to these stresses consists in implementing different processes that modify some plant biological functions, such as alleviating both cellular hyperosmolarity and ion disequilibrium or synthesizing antioxidant molecules. The aim of this work was to investigate different cardoon response mechanisms to abiotic stresses and to evaluate their influence on the biologically active compounds biosynthesis. Following this purpose, we analyzed the ability of cardoon seeds to germinate under different salt stress conditions, and on the sprouts obtained, we measured the total phenol content and the antioxidant activity. Moreover, the growth of cardoon seedlings grown under heavy metals stress conditions was monitored, and the expression levels of heavy metal transport-associated genes were analyzed. The results showed the ability of cardoon plants to tolerate abiotic stress, thanks to different defense mechanisms and the possibility to obtain biomass with high content of biologically active molecules by exploiting the natural tolerance of this species for abiotic stresses. Moreover, we identified some important genes encoding for metal transportation that may be involved in arsenic and cadmium uptake and translocation in . Then, this species can be considered as a promising crop for green chemistry and energy in marginal lands.

Copyright © 2020 Pappalardo, Toscano, Puglia, Genovese and Raccuia.