著者の所属・活動拠点の国は、中国です。

掲載誌：Journal of Fungi

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

菌核病菌（Sclerotinia sclerotiorum）は、生きた植物組織を殺しながら養分を得るタイプの植物病原菌です。アブラナ科作物やダイズなど数百種の双子葉植物に感染します。防除は農薬に大きく頼っていますが、複数の薬剤が効きにくい集団が畑で現れています。この菌は「菌核」と呼ばれる黒く硬い塊を作ります。菌核は土の中で何年も生き残り、次の発病の主な感染源になります。また、植物に侵入するときには、菌糸が集まった「感染クッション」という構造を作ります。

カビの仲間が作る二次代謝産物（生存に必須ではないが、環境への適応や病原性に関わる化合物）は、関連する遺伝子が染色体上でまとまって並んでいることが多く、その仕上げの化学修飾を酸素添加酵素（オキシゲナーゼ）が担う例が知られています。研究チームによると、菌核病菌の特定のオキシゲナーゼが病原性にどう関わるかはよく分かっていませんでした。特に、ゲノム上で隣り合うオキシゲナーゼ遺伝子が感染構造の発達やストレスへの適応に協調して働くかどうかは、体系的に調べられていませんでした。そこで研究チームは、感染の初期に強く発現が高まる隣り合った2つの遺伝子、SsOxy1とSsOxy2の役割を明らかにしようとしました。

何を、どのように調べたか

研究チームは、野生型の菌株（1980株）から、SsOxy1またはSsOxy2を取り除いた遺伝子欠損株を作りました。それぞれの欠損株について独立に得られた2系統ずつを用い、野生型と比べています。まず、2つの遺伝子がコードするタンパク質の構造上の特徴と近縁の菌での有無を配列解析で調べました。あわせて、植物に感染したときに各遺伝子の発現が時間とともにどう変わるかを測りました。

続いて、寒天培地上で菌そうが広がる速さ、菌核の数・重さ・並び方、ストレスへの反応、感染クッションの形成を調べました。病原性は、ナタネ（品種「中双11号」）の切り取った葉と、生きたベンサミアナタバコ（Nicotiana benthamiana）の葉に菌を接種し、48時間後の病斑の大きさで比べました。さらに、細胞内の代謝物を網羅的に測定するメタボローム解析を行い、合計2137種類の代謝物を検出して、欠損株と野生型の違いを比較しました。

主な報告結果

どちらの欠損株でも病原性が大きく下がりました。接種48時間後の病斑の直径は、野生型が2.97cmだったのに対し、SsOxy1欠損株の2系統は0.98cmと2.07cmでした（それぞれ約67%と約30%の縮小）。別の比較では、野生型の2.90cmに対し、SsOxy2欠損株の2系統は0.99cmと1.11cmでした（約66%と約62%の縮小）。研究チームは結論の中で、どちらの酵素が欠けても感染クッションの形成が止まり、酸化ストレスに非常に弱くなったと述べています。

菌の生育と菌核への影響は、2つの遺伝子で違いました。SsOxy1欠損株は、24時間後の菌そうの広がりが野生型より約18〜27%小さくなりました。菌糸は枝分かれが多く詰まった見た目になりましたが、これは観察による記述で、枝分かれの頻度は測っていません。菌核の生重量も約8〜28%減り、菌核の並び方も不規則になりました。一方、SsOxy2欠損株は野生型と同じ速さで育ち、菌核の数や重さにも差はありませんでした。ただし、菌核の配置ははっきり乱れていました。

配列解析では、SsOxy1は2-オキソグルタル酸依存性、SsOxy2は非ヘム鉄依存性のオキシゲナーゼに分類されました。灰色かび病菌（Botrytis cinerea）など近縁の菌には、直接対応する遺伝子が見つかりませんでした。感染時の発現は、SsOxy2が接種4時間後に約3.7倍、SsOxy1が12時間後に約37倍でそれぞれ最大となり、ピークの時期がずれていました。

メタボローム解析では、両方の欠損株でプリン（DNAやRNAの材料となる物質の仲間）の代謝に関わる物質が減っていました。また、酸化型グルタチオン（GSSG）が、SsOxy1欠損株で野生型の3.0倍、SsOxy2欠損株で5.7倍に増えていました。グルタチオンは細胞を酸化から守る物質で、研究チームはこの結果を、細胞内の酸化と還元のバランスが崩れていることを示すものと解釈しています。2種類の短いペプチド（Asp-GluとGly-Phe）も両方の欠損株で1.3〜1.8倍減っていました。そのほか、脂質、マルトースやラフィノースなどの糖類、フェノール化合物にも幅広い変化が見られました。2つの欠損株を直接比べると、RNAの分解を示す物質である3′-AMPがSsOxy1欠損株で多くなっていました。

この報告が示すこと

研究チームは、SsOxy1は菌の生育の勢いと菌核の量に、SsOxy2は菌核の空間的な配置に関わり、どちらも感染クッションの形成と病原性の維持に欠かせないと結論づけています。その仕組みとしては、プリン代謝の破綻と、グルタチオンによる酸化への防御の崩れを挙げています。2つの遺伝子は輸送体とフラビンタンパク質の遺伝子に挟まれて並んでおり、この配置は二次代謝産物を作る遺伝子のまとまりに似ています。このため研究チームは、2つの酵素がペプチド由来の未知の二次代謝産物を協調して仕上げているという仮説を示しています。ただし、これらの遺伝子がまとめて転写されている直接の証拠や、共通の生産物はまだ確認されていないと述べています。

著者らは研究の限界として、次の3点を挙げています。1つ目は、欠損させた遺伝子を戻して性質が回復するかを確かめる「相補株」を作っておらず、因果関係の決定的な確認には至っていないことです。2つ目は、導入した遺伝子断片が1か所だけに入ったかをサザンブロット法で確認していないことです。3つ目は、主要な代謝物の同定が標準物質を使わない推定段階にとどまることです。それでも、性質の観察、ストレス試験、顕微鏡観察、代謝物解析という独立した結果が一致していることから、中心となる結論は支持されると述べています。

原著論文の著者・所属：Ruiwen Liu（Chongqing Academy of Agricultural Sciences, Chongqing 401329, China）、Cheng Zhu（Chongqing Academy of Agricultural Sciences, Chongqing 401329, China）、Zhi Li（Chongqing Academy of Agricultural Sciences, Chongqing 401329, China）、Liang Li（Chongqing Academy of Agricultural Sciences, Chongqing 401329, China）、Shijie Yu（Chongqing Academy of Agricultural Sciences, Chongqing 401329, China）、Bo Song（Chongqing Academy of Agricultural Sciences, Chongqing 401329, China）、Yu Xu（Chongqing Academy of Agricultural Sciences, Chongqing 401329, China）、Zhi Zhao（Chongqing Academy of Agricultural Sciences, Chongqing 401329, China）、Taocui Huang（Chongqing Academy of Agricultural Sciences, Chongqing 401329, China）、Yang Yu（College of Plant Protection, Southwest University, Chongqing 400715, 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）：Ruiwen Liu, Cheng Zhu, Zhi Li, et al. Functional Characterization of Two Adjacent Oxygenase Genes, SsOxy1 and SsOxy2, Reveals Their Critical Roles in Sclerotial Development, Stress Tolerance, and Pathogenicity of Sclerotinia sclerotiorum. Journal of Fungi（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-09-13. DOI: 10.3390/jof12090688. 原著ライセンス：CC BY.