世界人口のニーズを満たすには、食糧生産の増加が不可欠です。この点において、農薬は作物の収量増加を目的とした現代農業において不可欠な要素となっています。農業における合成農薬の広範な使用は、深刻な環境汚染と人体の健康問題を引き起こすことが示されています。農薬は人体細胞膜に蓄積し、汚染された食品への直接接触や摂取を通じて人体機能を損なわせる可能性があり、これは健康問題の重要な原因となっています。
本研究で使用した細胞遺伝学的パラメータは、オメトエートがタマネギ分裂組織に遺伝毒性および細胞毒性を及ぼすことを示す一貫したパターンを示した。既存の文献ではオメトエートのタマネギに対する遺伝毒性作用の明確な証拠はないが、多数の研究で他の試験生物に対するオメトエートの遺伝毒性作用が調査されている。Dolara らは、オメトエートがヒトリンパ球でin vitroの姉妹染色分体交換数を用量依存的に増加させることを実証した。同様に、Arteaga-Gómez らは、オメトエートが HaCaT ケラチノサイトおよび NL-20 ヒト気管支細胞の細胞生存率を低下させることを実証し、遺伝毒性損傷をコメットアッセイで評価した。同様に、Wang らは、オメトエートに曝露した労働者でテロメア長の増加と癌感受性の上昇を観察した。さらに、本研究を支持するために、Ekong らは、オメトエート（オメトエートの酸素類似体）がA. cepaのMIを減少させ、細胞溶解、染色体保持、染色体断片化、核伸長、核侵食、未熟染色体成熟、中期クラスター化、核凝縮、後期粘着性、c-中期および後期橋の異常を引き起こすことを実証した。オメトエート処理後のMI値の減少は、細胞分裂の減速または細胞が有糸分裂周期を完了できなかったためである可能性がある。対照的に、MNおよび染色体異常およびDNA断片化の増加は、MI値の減少がDNA損傷に直接関係していることを示しています。本研究で検出された染色体異常の中で最も一般的だったのは粘着性染色体でした。この特定の異常は毒性が強く不可逆的であり、染色体タンパク質の物理的な接着または細胞内の核酸代謝の破壊によって引き起こされます。あるいは、染色体 DNA を包むタンパク質の溶解によって引き起こされ、最終的に細胞死につながる可能性もあります42。遊離染色体は異数性の可能性を示唆しています43。さらに、染色体橋は染色体と染色分体の切断と融合によって形成されます。断片の形成は MN の形成に直接つながり、これは本研究のコメットアッセイの結果と一致しています。クロマチンの不均一な分布は、有糸分裂後期に染色分体の分離が失敗し、遊離染色体が形成されることによるものです44。オメトエートの遺伝毒性の正確なメカニズムは明らかではありませんが、有機リン系農薬として、核酸塩基などの細胞成分と相互作用したり、活性酸素種 (ROS) を生成して DNA 損傷を引き起こしたりする可能性があります45。このように、有機リン系農薬は、O2−、H2O2、OH− などの反応性の高いフリーラジカルの蓄積を引き起こし、生物の DNA 塩基と反応して直接的または間接的に DNA 損傷を引き起こす可能性があります。これらの ROS は、DNA 複製および修復に関与する酵素や構造を損傷することも示されています。対照的に、有機リン系農薬はヒトに摂取された後、複数の酵素と相互作用しながら複雑な代謝プロセスを受けることが示唆されています。彼らは、この相互作用により、さまざまな酵素とこれらの酵素をコードする遺伝子がオメトエートの遺伝毒性効果に関与することになると主張しています40。Ding ら46 は、オメトエートに曝露された労働者はテロメア長が増加し、これがテロメラーゼ活性および遺伝子多型と関連していることを報告しました。しかし、オメトエート DNA 修復酵素と遺伝子多型の関連はヒトでは解明されているものの、この疑問は植物では未解決のままです。
活性酸素種（ROS）に対する細胞防御機構は、酵素による抗酸化プロセスだけでなく、非酵素による抗酸化プロセスによっても強化されます。その中でも、遊離プロリンは植物における重要な非酵素抗酸化物質です。ストレスを受けた植物では、プロリン濃度が正常値の最大100倍に達することが観察されました56。この研究結果は、オメトエート処理した小麦の苗でプロリン濃度の上昇を報告した結果33と一致しています。同様に、SrivastavaとSingh57も、有機リン系殺虫剤マラチオンがタマネギ（A. cepa）のプロリン濃度を上昇させ、スーパーオキシドディスムターゼ（SOD）とカタラーゼ（CAT）の活性も増加させ、膜の完全性を低下させ、DNA損傷を引き起こすことを観察しました。プロリンは、タンパク質構造の形成、タンパク質機能の決定、細胞の酸化還元恒常性の維持、一重項酸素およびヒドロキシラジカルの消去、浸透圧バランスの維持、細胞シグナル伝達など、様々な生理学的メカニズムに関与する非必須アミノ酸です57。さらに、プロリンは抗酸化酵素を保護し、細胞膜の構造的完全性を維持します58。オメトエート曝露後のタマネギにおけるプロリンレベルの上昇は、体がプロリンをスーパーオキシドディスムターゼ（SOD）およびカタラーゼ（CAT）として利用し、殺虫剤誘発性毒性から保護していることを示唆しています。しかし、酵素抗酸化システムと同様に、プロリンはタマネギの根端細胞を殺虫剤による損傷から保護するには不十分であることが示されている。
文献調査の結果、オメトエート系殺虫剤による植物根の解剖学的損傷に関する研究は存在しないことが明らかになった。しかしながら、他の殺虫剤に関する先行研究の結果は、本研究の結果と一致している。Çavuşoğluら67は、広域スペクトルのチアメトキサム系殺虫剤がタマネギの根に細胞壊死、維管束組織の明瞭化、細胞変形、表皮層の明瞭化、分裂組織核の形状異常などの解剖学的損傷を引き起こしたと報告している。Tütüncüら68は、メチオカーブ系殺虫剤の3種類の異なる用量がタマネギの根に壊死、表皮細胞の損傷、および表層細胞壁の肥厚を引き起こしたことを報告している。別の研究で、Kalefetoglu Makar36 は、アベルメクチン系殺虫剤を 0.025 ml/L、0.050 ml/L、0.100 ml/L の用量で施用したところ、タマネギの根に不明瞭な伝導組織、表皮細胞の変形、核の扁平化が生じたことを明らかにしました。根は有害化学物質が植物体内に侵入する入り口であり、毒性の影響を受けやすい主要な部位でもあります。私たちの研究の MDA 結果によると、酸化ストレスは細胞膜の損傷につながる可能性があります。一方で、根系はそのような危険に対する最初の防御機構でもあることを認識することが重要です69。研究によると、根端分裂組織細胞に観察された損傷は、これらの細胞の防御機構が農薬の吸収を妨げているためである可能性があります。この研究で観察された表皮細胞と皮質細胞の増加は、植物が化学物質の吸収を減少させた結果であると考えられます。この増加は、細胞と核の物理的な圧縮と変形につながる可能性があります。さらに70、植物は特定の化学物質を蓄積することで、農薬の細胞への浸透を抑制する可能性が示唆されています。この現象は、表層組織細胞と維管束組織細胞における適応変化として説明できるかもしれません。この変化では、細胞はセルロースやスベリンなどの物質で細胞壁を厚くし、オメトエートの根への浸透を防いでいます。71 さらに、核の平坦化は、細胞の物理的圧縮や核膜に影響を与える酸化ストレスの結果である可能性があり、あるいはオメトエートの散布によって引き起こされた遺伝物質の損傷が原因である可能性もあります。
オメトエートは非常に効果的な殺虫剤であり、特に発展途上国で広く使用されています。しかし、他の多くの有機リン系殺虫剤と同様に、環境や人の健康への影響に関する懸念が残っています。本研究は、一般的に試験されている植物であるA. cepaに対するオメトエート系殺虫剤の有害な影響を包括的に評価することにより、この情報ギャップを埋めることを目的としていました。A. cepaにおいて、オメトエートへの曝露は、成長遅延、遺伝毒性影響、DNAの完全性の喪失、酸化ストレス、および根端分裂組織の細胞損傷をもたらしました。結果は、オメトエート系殺虫剤が非標的生物に悪影響を及ぼすことを明らかにしました。本研究の結果は、オメトエート系殺虫剤の使用におけるより慎重な使用、より正確な投与量、農家の意識向上、そしてより厳格な規制の必要性を示しています。さらに、これらの結果は、オメトエート系殺虫剤が非標的生物に及ぼす影響を調査する研究にとって貴重な出発点となるでしょう。
植物材料の収集を含む、植物とその部分（タマネギの球根）の実験研究とフィールド研究は、関連する機関、国内、および国際的な規範と規制に従って実施されました。
投稿日時: 2025年6月4日