世界人口のニーズを満たすためには、食料生産量の増加が不可欠です。この点において、農薬は作物の収穫量を増やすこと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々の健康問題を引き起こすことが明らかになっています。農薬はヒトの細胞膜に生物濃縮され、直接接触または汚染された食品の摂取によって人体機能を損なう可能性があり、これは健康問題の重要な原因の一つです。
本研究で使用した細胞遺伝学的パラメーターは、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効果を及ぼすことを示す一貫したパターンを示した。既存の文献ではタマネギに対するオメトエートの遺伝毒性効果の明確な証拠はないが、他の試験生物に対するオメトエートの遺伝毒性効果を調査した研究は多数ある。Dolara らは、オメトエートがヒトリンパ球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、遺伝毒性損傷はコメットアッセイを使用して評価されたことを実証した。同様に、Wang らは、オメトエートに曝露された作業員でテロメア長の増加と癌感受性の増加を観察した。さらに、本研究を支持するように、Ekong らは、オメトエート（オメトエートの酸素アナログ）がA. cepaのMIを低下させ、細胞溶解、染色体保持、染色体断片化、核伸長、核侵食、染色体の早期成熟、中期凝集、核凝縮、後期粘着、c中期および後期橋の異常を引き起こすことが実証された。オメトエート処理後のMI値の低下は、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いことによる可能性がある。対照的に、MNおよび染色体異常とDNA断片化の増加は、MI値の低下がDNA損傷に直接関係していることを示している。本研究で検出された染色体異常の中で、粘着染色体が最も一般的であった。この特定の異常は、毒性が高く不可逆的であり、染色体タンパク質の物理的接着または細胞内の核酸代謝の障害によって引き起こされる。あるいは、染色体DNAを包むタンパク質の溶解が原因である可能性があり、最終的には細胞死につながる可能性があります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。断片の形成は直接MNの形成につながり、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。染色質の不均一な分布は、後期分裂期における染色分体分離の失敗によるものであり、遊離染色体の形成につながります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、有機リン系殺虫剤として、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）を生成することによって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−などの高反応性フリーラジカルの蓄積を引き起こし、これらは生物の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複製と修復に関与する酵素や構造にも損傷を与えることが示されています。一方、有機リン系農薬は、ヒトが摂取した後、複数の酵素と相互作用する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、オメトエートの遺伝毒性効果にさまざまな酵素とこれらの酵素をコードする遺伝子が関与すると提案しています40。Dingら46は、オメトエートに曝露された作業員のテロメア長が増加し、それがテロメラーゼ活性と遺伝的多型と関連していることを報告しました。しかし、ヒトではオメトエートDNA修復酵素と遺伝的多型との関連性が解明されていますが、この問題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、酵素的抗酸化プロセスだけでなく、非酵素的抗酸化プロセスによっても強化され、その中でも遊離プロリンは植物における重要な非酵素的抗酸化物質である。ストレスを受けた植物では、プロリン濃度が正常値の 100 倍まで上昇することが観察された 56。本研究の結果は、オメトエート処理したコムギ実生でプロリン濃度の上昇を報告した結果 33 と一致している。同様に、Srivastava と Singh 57 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、スーパーオキシドジスムターゼ (SOD) およびカタラーゼ (CAT) 活性も上昇させ、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た。プロリンは、タンパク質構造形成、タンパク質機能決定、細胞酸化還元恒常性の維持、一重項酸素およびヒドロキシルラジカルの消去、浸透圧バランスの維持、細胞シグナル伝達など、さまざまな生理学的メカニズムに関与する非必須アミノ酸である 57。さらに、プロリンは抗酸化酵素を保護し、それによって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の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ジスムターゼ（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、酵素的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ます。
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わかった。しかし、他の殺虫剤に関する過去の研究結果は、本研究の結果と一致している。Çavuşoğlu ら 67 は、広範囲のチアメトキサム系殺虫剤が、細胞壊死、不明瞭な維管束組織、細胞変形、不明瞭な表皮層、分裂組織核の異常な形状など、タマネギの根に解剖学的損傷を引き起こしたと報告している。Tütüncü ら 68 は、3 種類の異なる濃度のメチオカルブ系殺虫剤が、タマネギの根に壊死、表皮細胞の損傷、皮層細胞壁の肥厚を引き起こしたことを示した。別の研究では、Kalefetoglu Makar36 は、アベルメクチン殺虫剤を 0.025 ml/L、0.050 ml/L、0.100 ml/L の用量で適用すると、タマネギの根に未定義の導管組織、表皮細胞の変形、扁平化した核の損傷が生じることを発見した。根は、有害化学物質が植物に侵入する入り口であり、毒性影響を最も受けやすい主要な部位でもある。我々の研究の MDA の結果によると、酸化ストレスは細胞膜の損傷につながる可能性がある。一方、根系は、こ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ある 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ことによる可能性がある。この研究で観察された表皮細胞と皮層細胞の増加は、植物が化学物質の吸収を減らした結果である可能性が高い。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る。さらに、70 植物は殺虫剤の細胞への浸透を制限するために特定の化学物質を蓄積する可能性があることが示唆されている。この現象は、皮層および維管束組織細胞における適応変化として説明できる。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、オメトエートが根に浸透するのを防ぐ。71 さらに、扁平化した核の損傷は、細胞の物理的な圧縮または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適用によって引き起こされる遺伝物質の損傷によるものである可能性がある。
オメトエートは、特に発展途上国で広く使用されている非常に効果的な殺虫剤です。しかし、他の多くの有機リン系殺虫剤と同様に、環境や人体への影響について懸念が残っています。本研究は、一般的に試験される植物であるタマネギ（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で、この情報ギャップを埋めることを目的としました。タマネギでは、オメトエートへの曝露により、成長阻害、遺伝毒性効果、DNA完全性の喪失、酸化ストレス、根端分裂組織の細胞損傷が引き起こされました。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悪影響を浮き彫りにしました。本研究の結果は、オメトエート系殺虫剤の使用において、より慎重な注意、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が必要であることを示しています。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の貴重な出発点となるでしょう。
植物およびその部位（タマネギの球根）に関する実験的研究および野外調査（植物材料の採取を含む）は、関連する機関、国内および国際的な規範および規制に従って実施された。
投稿日時：2025年6月4日
