著者の所属・活動拠点の国は、中国です。

掲載誌：iMeta

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

コムギの紋枯病（英語名シャープアイスポット）は、土の中にすむカビの一種リゾクトニア・セレアリスが引き起こす病気です。茎の根元に病斑ができます。著者らによると、中国では毎年約800万ヘクタールのコムギがこの病気の被害を受け、畑によっては収量が10〜40％損なわれます。殺菌剤による防除には、食品汚染、ほかの生物への影響、薬剤が効かなくなる耐性の問題があります。一方で、この病気に強い抵抗性をもつコムギの系統はまだ見つかっていません。抵抗性は効果の小さい多数の遺伝子領域に支配されており、抵抗性遺伝子を突き止めて育種に使うことも難しいとされています。

そこで研究チームは発想を変え、病原菌の側に注目しました。病原菌は「エフェクター」と呼ばれるたんぱく質を出して植物の防御を乱します。この菌がエフェクターを使ってどのようにコムギに感染するのかを解明し、抵抗性育種に役立つ手がかりを得ることが研究の目的です。

何を、どのように調べたか

研究チームはまず、2014〜2020年に中国の主要なコムギ産地をほぼ網羅する30地点で、紋枯病の症状を示すコムギ1683株を採集しました。そこから菌を1本の菌糸の先端から分けて増やす方法で335の菌株を得て、DNA配列で種類を判別しました。さらに、リゾクトニア・セレアリスと判定された菌株について、4品種のコムギに感染させ、病気の重さを示す発病指数で病原性の強さを比べました。

次に、病原性の強さが異なる5菌株（病原性が強い株1つ、中程度の株2つ、弱い株2つ）の全ゲノムを高精度で解読しました。加えて、ほかの207菌株のゲノムも読み直し、菌株間の遺伝的な違いの地図を作りました。その情報から、菌が分泌するエフェクターの一覧を作成しました。

続いて、注目したエフェクター「RcPL3」がコムギのどのたんぱく質と結びつくかを、試験管内や植物の葉を使った実験で調べました。その相手となるコムギの遺伝子については、働きを弱めたコムギや突然変異をもつコムギを作り、感染させたときの病気の重さを比べました。

最後に、米国FDAが承認した薬剤のライブラリーから、RcPL3に結合しそうな化合物をコンピューター上で探しました。有望な候補のうち5種類については、菌の生育を抑えるかを培地上で試しました。そのうえで、コムギでの効果も調べました。

主な報告結果

研究チームが報告した感染のしくみは、次のような連鎖です。菌のエフェクターRcPL3は、コムギのたんぱく質TaHDA9を呼び寄せます。TaHDA9はたんぱく質から「アセチル基」という目印を外す酵素で、これによって別のたんぱく質TaRHC1Aが減ります。TaRHC1Aは本来、活性酸素を作る酵素TaRBOH3の分解を促しています。TaRHC1Aが減るとTaRBOH3が分解されにくくなり、活性酸素が過剰に増えます。この活性酸素の蓄積が、菌の感染を助けると報告されています。RcPL3がある条件では、TaHDA9の量が増えることも確認されました。

TaHDA9の働きを抑えたコムギや、TaHDA9遺伝子に変異をもつコムギでは、対照に比べて発病指数が有意に低くなりました。変異体では活性酸素の一種である過酸化水素の濃度も下がりました。研究チームはこの結果から、TaHDA9は紋枯病への抵抗性を弱める方向に働いていると結論づけています。一方、TaRHC1Aは抵抗性を高める方向に働くと報告されています。

化合物の探索では、2万6680種類の化合物をコンピューター上で評価し、結合の強さで上位10種類を選びました。費用の比較的低い5種類を試したところ、培地上で菌の生育を有意に抑え続けたのは「HY-19741」だけでした。HY-19741はRcPL3とTaHDA9の結びつきを弱め、外から与えるとコムギの紋枯病への抵抗性を高めました。HY-19741を加えたコムギでは、TaHDA9とTaRBOH3が減り、TaRHC1Aが増えていました。

病原菌の調査では、得られた菌株の大半にあたる267株がリゾクトニア・セレアリスでした。この菌は30地点中22地点で見つかり、中国のコムギ紋枯病の主な原因菌であることが示されました。菌株の約8割は既知のグループに属し、残る約2割は新しいグループの可能性があると報告されています。病原性の強さには菌株間で大きな幅があり、地域による違いも見られました。解読した5菌株のゲノムの大きさは約4250万〜4930万塩基対でした。分泌エフェクターは506種類見つかり、そのうち43種類は感染中に働きが高まっていました。

この報告が示すこと

著者らは、菌のエフェクターがコムギ自身のたんぱく質を利用し、活性酸素を蓄積させて感染を進めるという一連の流れを示しました。その流れに関わるTaHDA9は、ゲノム編集によって紋枯病に強いコムギを作るための候補遺伝子になりうると述べています。また、HY-19741のようにこの流れを妨げる化合物を、病気を防ぐ手段の候補として位置づけています。

ただし著者らは、いくつかの限界を挙げています。この菌では変異体を作る有効な方法がまだないため、RcPL3の働きは、コムギの側で遺伝子の働きを抑える実験や強める実験を通じてしか確かめられていません。コムギがもつ3組の対応する遺伝子が、それぞれどの程度寄与しているかも十分に分けて調べられていません。さらに、HY-19741が本当にRcPL3だけを狙って作用しているのかは確定しておらず、裏付けとなるデータがさらに必要だとしています。

原著論文の著者・所属：Yan Ren（State Key Laboratory of High‐Efficiency Production of Wheat‐Maize Double Cropping, Agronomy College Henan Agricultural University Zhengzhou China）、Ti Liu（State Key Laboratory of High‐Efficiency Production of Wheat‐Maize Double Cropping, Agronomy College Henan Agricultural University Zhengzhou China）、Heying Zhao（State Key Laboratory of High‐Efficiency Production of Wheat‐Maize Double Cropping, Agronomy College Henan Agricultural University Zhengzhou China）、Qirun Qian（State Key Laboratory of High‐Efficiency Production of Wheat‐Maize Double Cropping, Agronomy College Henan Agricultural University Zhengzhou China）、Lufei Cui（State Key Laboratory of High‐Efficiency Production of Wheat‐Maize Double Cropping, Agronomy College Henan Agricultural University Zhengzhou China）、Zhipeng Sun（State Key Laboratory of High‐Efficiency Production of Wheat‐Maize Double Cropping, Agronomy College Henan Agricultural University Zhengzhou China）、Wenkai Yang（State Key Laboratory of High‐Efficiency Production of Wheat‐Maize Double Cropping, Agronomy College Henan Agricultural University Zhengzhou China）、Peng Guo（State Key Laboratory of High‐Efficiency Production of Wheat‐Maize Double Cropping, Agronomy College Henan Agricultural University Zhengzhou China）、Sisheng Wang（State Key Laboratory of High‐Efficiency Production of Wheat‐Maize Double Cropping, Agronomy College Henan Agricultural University Zhengzhou China）、Lingran Zhang（State Key Laboratory of High‐Efficiency Production of Wheat‐Maize Double Cropping, Agronomy College Henan Agricultural University Zhengzhou China）、Congwei Sun（State Key Laboratory of High‐Efficiency Production of Wheat‐Maize Double Cropping, Agronomy College Henan Agricultural University Zhengzhou China）、Aolin Jia（State Key Laboratory of High‐Efficiency Production of Wheat‐Maize Double Cropping, Agronomy College Henan Agricultural University Zhengzhou China）、Ning Zhang（State Key Laboratory of High‐Efficiency Production of Wheat‐Maize Double Cropping, Agronomy College Henan Agricultural University Zhengzhou China）、Feng Chen（State Key Laboratory of High‐Efficiency Production of Wheat‐Maize Double Cropping, Agronomy College Henan Agricultural University Zhengzhou China）

※本記事は原著論文をもとに、日本語で要約・説明を加えた研究紹介です。 出典（原著論文）：Yan Ren, Ti Liu, Heying Zhao, et al. Infection mechanisms of Rhizoctonia cerealis in wheat. iMeta（出版社：Wiley） 2026-10-01. DOI: 10.1002/imt2.70174. 原著ライセンス：CC BY.