著者の所属・活動拠点の国は、中国です。

掲載誌：Plants

ライセンス: CC BY 4.0　対象: 公開論文　確認元: 論文PDF

研究の目的

小麦うどんこ病は、Blumeria graminis f. sp. tritici（以下Bgt）というカビの一種が起こす病気です。著者らによると、この病原菌は集団が大きく変異も起こりやすいため、生産現場で広く使われる抵抗性遺伝子は数年のうちに効かなくなることが多いといいます。そのため、小麦の野生近縁種から、新しい抵抗性遺伝子を探し出して取り入れることが求められています。

研究チームが注目したのは、小麦の近縁にあたる多年生の草、中間冰草（Thinopyrum intermedium）です。研究の目的は、中間冰草の染色体を取り込んだ新しい小麦系統SN6307を作り出し、その染色体の構成を正確に確かめることでした。あわせて、この系統がうどんこ病への高い抵抗性、良好な品質、耐塩性を備えているかを評価し、病原菌に感染したときの遺伝子の働き方の違いを明らかにすることを目指しました。

何を、どのように調べたか

研究チームは以前、普通小麦の品種「煙農15（YN15）」と中間冰草を交配し、中間冰草の染色体1対が加わった系統SN6306を作っていました。今回はその自殖を重ねた後代の中から、遺伝的に安定した系統SN6307を見つけました。SN6307の染色体数は通常の小麦と同じ42本です。

染色体の構成は、蛍光で光る目印（プローブ）を染色体に結合させて観察する方法で調べました。中間冰草のDNA全体を目印にして外来の染色体を見分ける方法、特定の配列を目印にして小麦の各染色体を識別する方法、染色体の腕全体を色分けして、どの染色体と対応するかを調べる方法を組み合わせています。さらに、小麦全体の約5万5千か所の遺伝的な目印を一度に調べる解析も行いました。

病気への強さは、苗の葉を切り取ってBgtの病原性の強い菌株E09を接種し、もとの品種YN15と比べました。発病の程度を評価したほか、葉を染色して、菌が感染に成功した割合と、菌が栄養を吸い取るために細胞内に作る「吸器」の形成率を調べました。耐塩性は、塩化ナトリウムを加えた水耕液で苗を7日間育て、耐塩性の品種「山融3号」と塩に弱い品種「チャイニーズ・スプリング」と比べました。

遺伝子の働きを調べるため、SN6307とYN15の葉を接種前と接種後12、24、48時間に採取し、細胞内で作られているRNAを網羅的に読み取りました（トランスクリプトーム解析）。SN6307では、RNAを全長にわたって読み取れる手法も併用しています。得られた配列をもとに、中間冰草の染色体だけを見分けるDNAの目印（分子マーカー）も開発しました。

主な報告結果

SN6307では、小麦の2D染色体1対が失われ、代わりに中間冰草由来の染色体1対が入っていました。この外来染色体は、中間冰草のJと呼ばれるゲノムに属し、小麦の第2同祖群（2番の染色体のグループ）に対応するものと判断され、「2J」と名付けられました。研究チームは、SN6307を小麦の2D染色体が2J染色体に置き換わった「置換系統」と位置づけています。

病原菌E09の接種試験では、YN15が感受性（発病程度3〜4）を示し、葉全体が胞子と壊死斑に覆われました。一方、SN6307は高い抵抗性（発病程度0〜1）を示し、胞子の形成は見られず、葉は健全でした。感染成功率と吸器形成率も、SN6307ではYN15より大幅に低く、統計的にも有意な差がありました。研究チームは、SN6307が苗の段階でうどんこ病に対してほぼ免疫に近い性質を示したと報告しています。

遺伝子の働き方は、接種前には両系統でよく似ていましたが、接種後12時間と24時間で明確な違いが現れました。SN6307の葉からは、全長の配列が1万8143種類得られました。その中には、感染に反応する中間冰草由来の配列が複数含まれ、病害抵抗性遺伝子、受容体キナーゼ（細胞の外の信号を受け取って伝えるたんぱく質）、信号伝達に関わる遺伝子、たんぱく質を作らないRNAなどがありました。著者らは、ロイシンリッチリピート型受容体様キナーゼ（LRR-RLK）に分類される遺伝子に注目し、取り込まれた染色体が、MAPKと呼ばれる信号伝達経路や植物と病原体の相互作用に関わる経路と協調して働いていると述べています。

作物としての性質では、SN6307は穂の長さ、粒の長さ、百粒重が改善し、ほかの農業形質に目立った悪影響は見られなかったと報告されています。品質面では、子実のたんぱく質含量、生地の安定時間、生地の伸びなど複数の項目で、YN15と広く栽培されている品種「済麦22」の両方を上回りました。耐塩性試験では、塩ストレス下で山融3号やチャイニーズ・スプリングより多くの生体量を示しました。

開発した24組の分子マーカーは、SN6307と中間冰草でだけ目的のDNA断片を検出し、YN15では検出しませんでした。マーカーのもとになった配列のうち、3つは受容体キナーゼ関連、4つは病害抵抗性・物質輸送・代謝関連、4つはたんぱく質を作らないRNAやその他の機能を持つたんぱく質に関わるもので、13は機能が分かっていない配列でした。

この報告が示すこと

研究チームは、2J染色体にうどんこ病の新しい抵抗性遺伝子が存在する可能性を指摘しています。また、小麦の2D染色体が2J染色体に丸ごと置き換わっても、2D染色体の働きがよく補われていると述べています。著者らは、近縁種の染色体の一部を小麦の染色体に組み込んだ「転座系統」の中には、農業形質に不都合が生じたものがあることを挙げており、例としてライムギとの転座系統T2BS·2RLで出穂や成熟が遅れることを紹介したうえで、今回の結果を示しています。SN6307は、病気への強さ、品質、収量に関わる形質を兼ね備えた育種素材として位置づけられています。開発したマーカーは、2J染色体を持つ材料をすばやく見分ける道具になるとしています。

一方で、抵抗性の評価は、苗の段階で切り取った葉に一つの菌株E09を接種した試験によるものです。研究チームは以前、SN6306の外来染色体から抵抗性遺伝子TiAP1を単離しています。今回見つかった候補遺伝子がTiAP1とともに抵抗性に関わっている可能性はあるものの、実際にどの程度働いているかは、遺伝学的・機能的な検証が必要だと著者ら自身が述べています。

原著論文の著者・所属：Chen Wang（State Key Laboratory of Wheat Improvement, College of Agronomy, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, China）、Chengzhi Jiang（School of Life Science and Technology, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054, China）、Bingke Liu（State Key Laboratory of Wheat Improvement, College of Agronomy, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, China）、Xiangyu Niu（State Key Laboratory of Wheat Improvement, College of Agronomy, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, China）、Qingsong Qi（State Key Laboratory of Wheat Improvement, College of Agronomy, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, China）、Yichao Sun（State Key Laboratory of Wheat Improvement, College of Agronomy, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, China）、Jintao Yu（State Key Laboratory of Wheat Improvement, College of Agronomy, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, China）、Zujun Yang（School of Life Science and Technology, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054, China）、Deshun Feng（State Key Laboratory of Wheat Improvement, College of Agronomy, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, 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）：Chen Wang, Chengzhi Jiang, Bingke Liu, et al. Molecular Cytogenetic and Transcriptome Characterization of a Novel Wheat-Thinopyrum intermedium 2J(2D) Disomic Substitution Line with Resistance to Powdery Mildew. Plants（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-10-07. DOI: 10.3390/plants15193061. 原著ライセンス：CC BY.