著者の所属・活動拠点の国は、中国です。

掲載誌：Advanced Science

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

植物の根の周り（根圏）には多くの微生物がすみ、病気やストレスへの植物の強さに影響しています。フラボバクテリウム属の細菌は植物の組織に多く見られ、病気を抑える中心的なメンバーと考えられてきました。しかし、この菌がどのように根に定着し、ほかの土壌微生物や植物とどう関わるかを調べた研究は限られていました。

論文が引用する先行研究では、ほかの細菌を捕食する粘液細菌（コラロコッカス属EGB株）が、キュウリつる割病を起こすフザリウム菌に直接作用し、土壌の微生物群集を変えることで病気を抑えると報告されていました。EGB株で処理した根圏土壌ではフラボバクテリウムが増えていましたが、この菌はEGB株に効率よく捕食されうる菌でした。そこで研究チームは根圏土壌から細菌を分離し、アクロモバクター属（Ac）、フラボバクテリウム属（Fl）、バチルス属（Ba）の3株からなる集団（AFB）を得ました。そして、この集団がフラボバクテリウムを捕食から守り、根への定着を助けることで、植物のつる割病への抵抗力を高めるという仮説を検証しようとしました。

何を、どのように調べたか

まず、3株をそれぞれ単独で、あるいは集団で、捕食者のEGB株にさらし、生き残った細胞の数を比べました。また、病原菌であるキュウリつる割病菌と並べて培養し、菌糸の広がりや重さをどれだけ抑えるかを調べました。

次に、菌どうしが栄養をやり取りしているかを調べました。Fl株は、アミノ酸の一種メチオニンを自分で作れず外から取り込む必要がある「栄養要求性」の菌でした。研究チームは、各菌を育てた後の培養液を別の菌に与えて生育を比べ、どの物質が消費されたかを質量分析で調べました。さらに、細菌が集まって作る膜状の集団「バイオフィルム」の形成量や形、遺伝子の働き方（トランスクリプトーム）を、単独培養と共培養で比較しました。Ba株は変異株を作るのが難しかったため、同じバチルス属のバチルス・ベレゼンシスSQR9株とその変異株を代わりに使って検証しました。

植物を使った実験では、温室でキュウリを鉢植えし、病原菌だけを与えた場合と、各菌単独や集団を併せて与えた場合とで発病の程度（発病度）を比べ、土壌や根の中の菌数を遺伝子量で測りました。根の病害抵抗性に関わる遺伝子の働きも調べました。シロイヌナズナでは、トマトのフザリウム菌を使い、通常の株と防御に関わる遺伝子（palとlox）を欠く変異株で効果を比べました。最後に、Fl株だけを土壌1gあたり10の6乗から10の8乗個まで量を変えて与え、集団で与えた場合と比べました。

主な報告結果

温室のキュウリでは、病原菌だけを与えた区の発病度が80.0%だったのに対し、3株の集団を与えた区では13.3%で、防除効果は83.4%と、どの単独の菌よりも有意に高い値でした。別の濃度比較実験でも、病原菌だけの区の発病度75.0%に対し、集団の区は1.7%（防除効果97.7%）でした。Fl株だけを与えた区の発病度は、土壌1gあたり10の8乗個で26.7%、10の7乗個で45.0%、10の6乗個で65.0%でした。

集団はFl株の定着を大きく高めていました。集団に含まれるFl株は土壌1gあたり約10の7乗個でしたが、Fl株だけを10の8乗個与えた区よりも、土壌や根で多くのFl株が検出されました。たとえば根圏土壌では、Fl株単独（10の8乗個）の区と比べ、病原菌ありの条件で5.4倍、病原菌なしの条件で3.9倍でした。土壌中のFl株の量は発病度と負の相関を示しました。根の表面では3株が層状のバイオフィルムを作り、Fl株とAc株が根に密着する内側に位置することで、根の組織への移行が促されていたと報告されています。

捕食実験では、EGB株は3株すべてを捕食し、特にAc株は単独では約1万分の1に減りました。しかし集団の中では、単独の場合に比べて生き残った細胞数がAc株で4.4倍、Fl株で2.7倍、Ba株で2.5倍に増えました。病原菌の空中菌糸の乾燥重量を抑える割合は、Fl株単独で29.6%、Ba株単独で46.9%でしたが、集団では92.2%に達し、菌糸の広がりも83.2%抑えました。

栄養のやり取りでは、Ba株の培養液がAc株とFl株の生育を促し、Fl株はBa株が出したペプチド（Gly-Asp-Leu、アラニルプロリン）を利用していました。BaとFlを一緒に育てるとメチオニンなどのアミノ酸が培養液から減り、FlがBaの出すアミノ酸を使っている可能性が示されました。またFl株はバイオフィルムのしわを増やして表面積を約41.1%広げました。共培養でFl株の代謝経路には上昇したものがなく、研究チームはFlが集団の中で「恩恵を受ける側」にあると解釈しています。

シロイヌナズナでは、病原菌だけの区の発病度93.3%に対し集団の区は21.7%（防除効果76.7%）でしたが、防御遺伝子を欠くpal、lox変異株では防除効果が51.0%、48.2%にとどまりました。

この報告が示すこと

研究チームは、この集団が病原菌を土壌で直接抑えるだけでなく、植物の全身的な免疫を引き起こすことでも病気を防いでいると結論づけています。また、根の中にすむ菌（内生菌）が、バチルスなど他の根圏微生物の作る層状のバイオフィルムを足がかりに根の内部へ入り込むという振る舞いは、これまで報告のない仕組みだと述べています。研究チームは、こうした安定した菌の集団が、土壌由来のカビの病気に対する次世代の微生物資材として利用できる可能性を示したとしています。

一方で、Ba株そのものの変異株は作れず、仕組みの検証にはSQR9株を代わりに用いています。また、Fl株がAc株の培養液から利用した物質は市販品が手に入らないものが多く、特定には至りませんでした。

原著論文の著者・所属：Xianfeng Ye（Key Laboratory of Agricultural Environmental Microbiology of Ministry of Agriculture and Rural Affairs Nanjing Agricultural University Nanjing People's Republic of China）、Changsheng Xu（Key Laboratory of Agricultural Environmental Microbiology of Ministry of Agriculture and Rural Affairs Nanjing Agricultural University Nanjing People's Republic of China）、Shuai Yao（Key Laboratory of Agricultural Environmental Microbiology of Ministry of Agriculture and Rural Affairs Nanjing Agricultural University Nanjing People's Republic of China）、Jiming Shen（Key Laboratory of Agricultural Environmental Microbiology of Ministry of Agriculture and Rural Affairs Nanjing Agricultural University Nanjing People's Republic of China）、Zeyuan Li（Key Laboratory of Agricultural Environmental Microbiology of Ministry of Agriculture and Rural Affairs Nanjing Agricultural University Nanjing People's Republic of China）、Yu Zhang（Key Laboratory of Agricultural Environmental Microbiology of Ministry of Agriculture and Rural Affairs Nanjing Agricultural University Nanjing People's Republic of China）、Fan Wu（Key Laboratory of Agricultural Environmental Microbiology of Ministry of Agriculture and Rural Affairs Nanjing Agricultural University Nanjing People's Republic of China）、Xinjie Li（Key Laboratory of Agricultural Environmental Microbiology of Ministry of Agriculture and Rural Affairs Nanjing Agricultural University Nanjing People's Republic of China）、Yanling Ji（Key Laboratory of Agricultural Environmental Microbiology of Ministry of Agriculture and Rural Affairs Nanjing Agricultural University Nanjing People's Republic of China）、Lei Zhang（Key Laboratory of Agricultural Environmental Microbiology of Ministry of Agriculture and Rural Affairs Nanjing Agricultural University Nanjing People's Republic of China）、Yan Huang（Key Laboratory of Agricultural Environmental Microbiology of Ministry of Agriculture and Rural Affairs Nanjing Agricultural University Nanjing People's Republic of China）、Zhoukun Li（Key Laboratory of Agricultural Environmental Microbiology of Ministry of Agriculture and Rural Affairs Nanjing Agricultural University Nanjing People's Republic of China）、Huayu Qin（School of Health Management Zaozhuang University Zaozhuang People's Republic of China）、Zhongli Cui（Key Laboratory of Agricultural Environmental Microbiology of Ministry of Agriculture and Rural Affairs Nanjing Agricultural University Nanjing People's Republic of 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）：Xianfeng Ye, Changsheng Xu, Shuai Yao, et al. Enhanced Endophytic Colonization of Flavobacterium Promotes Plant Resistance to Fusarium Wilt. Advanced Science（出版社：Wiley） 2026-09-29. DOI: 10.1002/advs.77725. 原著ライセンス：CC BY.