著者の所属・活動拠点の国は、中国です。

掲載誌：Molecular Plant Pathology

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

ダイズは食用油や植物性たんぱく質の主要な供給源です。ダイズうどんこ病は、空気中を漂うカビの一種（Microsphaera diffusa）が起こす病気で、涼しく湿度が高く、昼夜の寒暖差が大きい条件で発生します。種子や茎、葉に白い粉状の斑点が現れ、落葉や組織の壊死を引き起こします。論文が引用する先行研究では、病気にかかりやすい品種で最大40％の減収が報告されています。対策として最も効果的で経済的なのは、抵抗性をもつ品種を使うことだとされています。

植物の病気への抵抗性は、生育のどの段階で現れるかによって「全ステージ抵抗性（ASR）」と「成株抵抗性（APR）」に分けられます。これまでの研究で、全ステージ抵抗性をもつ系統B13の抵抗性遺伝子はGmRmd1と特定されていました。しかし、他の抵抗性系統でもGmRmd1が抵抗性を担っているのか、またGmRmd1がどのような仕組みで抵抗性をもたらすのかは分かっていませんでした。研究チームは、別の抵抗性系統MSRFを使って抵抗性遺伝子の位置を突き止め、その遺伝子の働きと、働きを調節する仕組み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、うどんこ病に強いMSRFを母親に、非常に弱い品種HX3を父親にして交配し、その子孫集団を中国・華南農業大学の試験圃場で2021年から2023年にかけて栽培しました。植物を自然に感染させ、葉の発病状況を記録しました。2284個体の第2世代と、そこから育てた194系統の発病の分かれ方を調べ、抵抗性が何個の遺伝子で決まるかを推定しました。

次に、DNA上の目印（マーカー）を使い、発病の有無と目印の型が一緒に受け継がれるかを調べる「連鎖解析」を行いました。これにより、抵抗性遺伝子がある範囲を染色体上で段階的に絞り込みました。

遺伝子の働きを確かめるため、ゲノム編集技術CRISPRで、うどんこ病に強い品種W82のGmRmd1を壊した系統を作り、病原菌の付き方を比べました。また、感染前と感染24時間後のMSRFとHX3で、どの遺伝子の働きが変化するかを網羅的に調べました。さらに、酵母や植物の葉、試験管内での実験を組み合わせ、GmRmd1の働きを抑える因子や、GmRmd1と結合するたんぱく質を探しました。

最後に、ダイズ系統211点について、GmRmd1が完全な形で残っているかと発病のしやすさとの関係を調べました。加えて、公開されている世界2898系統のゲノム配列データを使い、GmRmd1の型の地理的な分布も解析しました。

主な報告結果

MSRFの抵抗性は、1つの優性遺伝子によって決まることが分かりました。第2世代では2284個体のうち1709個体が抵抗性、575個体が感受性で、これは単一優性遺伝子のときに予想される3対1の比率に合っていました。遺伝子の位置は第16染色体の末端で、最終的に9590塩基対の範囲まで絞り込まれました。この範囲にあった遺伝子は1つだけで、それがGmRmd1でした。HX3では、この領域の配列が大きく欠けていました。MSRFのGmRmd1は、B13のものとアミノ酸が数か所違うだけでした。

GmRmd1は、病原体の出す物質を認識する植物特有のたんぱく質のなかまに似ています。ただし、通常このなかまがもつ部分の一つが別の部分（BSPドメイン）に置き換わっており、論文はこれを新しい組み合わせとしています。W82でGmRmd1を壊した2系統では、葉に病原菌の菌糸が多く付着しました。一方、元のW82の葉では菌糸はほとんど見られませんでした。感染後のGmRmd1の働きの強さは、MSRFでは次第に高まり、感染24時間後に最大になってから低下しました。HX3では、期間を通じて低いままでした。

GmRmd1の働きを抑える因子として、転写因子（遺伝子のスイッチを入れたり切ったりするたんぱく質）GmERF138とGmWRKY27が見つかりました。両者は、GmRmd1の発現を制御するDNA領域（プロモーター）の中の特定の配列に結合しました。植物の葉を使った実験では、GmERF138を一緒に働かせると、GmRmd1のプロモーターにつないだ発光遺伝子の活性が、対照と比べて最大で16.4分の1に下がりました。

GmRmd1は、自分自身どうしで結合するほか、同じ染色体の末端にある抵抗性関連たんぱく質GmRmd2やGmRmd3とも結合しました。第17染色体にあるGmRnl1とも相互作用する可能性が示されました。GmRmd3が途中で切れた形になる変異をもつW82は、うどんこ病にかかりやすくなっていました。

系統211点の調査では、GmRmd1が欠けていた104系統のうち101系統（97.2％）が感受性でした。一方、GmRmd1が完全なのに感受性だった系統は、全体の3.8％（211点中8点）にとどまりました。世界の系統を調べると、中国では73.4％（2200点中1615点）がGmRmd1を完全な形でもっていました。その割合は北から南へ、西から東へと下がっていました。山西省の94.6％、河北省の87.6％など北部で高く、江西省の36.4％など南東部では低くなっていました。

この報告が示すこと

研究チームは、MSRFのうどんこ病抵抗性もGmRmd1が担っていることを示しました。そのうえで、抵抗性の仕組みについて次のようなモデルを提案しています。病原菌に感染していないときは、2つの転写因子がGmRmd1の働きを抑えています。感染するとこの抑制が解かれ、GmRmd1がGmRmd2・GmRmd3・GmRnl1などと複合体を作ります。この複合体が、細胞壁を硬くする成分リグニンをつくる遺伝子に働きかけ、抵抗性を高めるという考え方です。著者らは、NLR型抵抗性遺伝子のプロモーターに直接結合して働きを調節する転写因子の研究はまだ少なく、今回の成果はその空白を埋めるものだと述べています。

地理的な分布について、研究チームは次のように解釈しています。ダイズは生育後半に最もうどんこ病にかかりやすく、その時期の涼しい天候が発病を後押しします。このため、春まきで感染リスクの高い中国北部などの冷涼な地域で、GmRmd1が選び残されてきた可能性があるとしています。また、育種の現場では、GmRmd1を完全な形でもつ系統を選んで使うことが、うどんこ病の被害を減らす有効な方法になりうると述べています。

原著論文の著者・所属：Guoqiang Liu（Guangdong Provincial Key Laboratory of Plant Molecular Breeding, College of Agriculture South China Agricultural University Guangzhou China; Key Laboratory for Enhancing Resource Use Efficiency of Crops in South China, Ministry of Agriculture and Rural Affairs South China Agricultural University Guangzhou China; Yuelushan Laboratory/Institute of Cotton and Sericulture Hunan Academy of Agricultural Sciences Changsha China）、Chen Ling（Guangdong Provincial Key Laboratory of Plant Molecular Breeding, College of Agriculture South China Agricultural University Guangzhou China; Key Laboratory for Enhancing Resource Use Efficiency of Crops in South China, Ministry of Agriculture and Rural Affairs South China Agricultural University Guangzhou China; South China Institute for Soybean Innovation Research South China Agricultural University Guangzhou China）、Tingting Xu（Guangdong Provincial Key Laboratory of Plant Molecular Breeding, College of Agriculture South China Agricultural University Guangzhou China; Key Laboratory for Enhancing Resource Use Efficiency of Crops in South China, Ministry of Agriculture and Rural Affairs South China Agricultural University Guangzhou China）、Xuehui Zhang（Guangdong Provincial Key Laboratory of Plant Molecular Breeding, College of Agriculture South China Agricultural University Guangzhou China; Key Laboratory for Enhancing Resource Use Efficiency of Crops in South China, Ministry of Agriculture and Rural Affairs South China Agricultural University Guangzhou China; South China Institute for Soybean Innovation Research South China Agricultural University Guangzhou China）、Jiacan Jiang（Guangdong Provincial Key Laboratory of Plant Molecular Breeding, College of Agriculture South China Agricultural University Guangzhou China; Key Laboratory for Enhancing Resource Use Efficiency of Crops in South China, Ministry of Agriculture and Rural Affairs South China Agricultural University Guangzhou China; South China Institute for Soybean Innovation Research South China Agricultural University Guangzhou China）、Xiaomin Xu（Guangdong Provincial Key Laboratory of Plant Molecular Breeding, College of Agriculture South China Agricultural University Guangzhou China; Key Laboratory for Enhancing Resource Use Efficiency of Crops in South China, Ministry of Agriculture and Rural Affairs South China Agricultural University Guangzhou China）、Lu Li（Guangdong Provincial Key Laboratory of Plant Molecular Breeding, College of Agriculture South China Agricultural University Guangzhou China; Key Laboratory for Enhancing Resource Use Efficiency of Crops in South China, Ministry of Agriculture and Rural Affairs South China Agricultural University Guangzhou China）、Jiajian Zhang（Guangdong Provincial Key Laboratory of Plant Molecular Breeding, College of Agriculture South China Agricultural University Guangzhou China; Key Laboratory for Enhancing Resource Use Efficiency of Crops in South China, Ministry of Agriculture and Rural Affairs South China Agricultural University Guangzhou China; South China Institute for Soybean Innovation Research South China Agricultural University Guangzhou China）、Bing Hu（Guangdong Provincial Key Laboratory of Plant Molecular Breeding, College of Agriculture South China Agricultural University Guangzhou China; Key Laboratory for Enhancing Resource Use Efficiency of Crops in South China, Ministry of Agriculture and Rural Affairs South China Agricultural University Guangzhou China）、Mengshi Liu（Guangdong Provincial Key Laboratory of Plant Molecular Breeding, College of Agriculture South China Agricultural University Guangzhou China; Key Laboratory for Enhancing Resource Use Efficiency of Crops in South China, Ministry of Agriculture and Rural Affairs South China Agricultural University Guangzhou China; South China Institute for Soybean Innovation Research South China Agricultural University Guangzhou China）、Yunxin He（Yuelushan Laboratory/Institute of Cotton and Sericulture Hunan Academy of Agricultural Sciences Changsha China）、Cunyi Yang（Guangdong Provincial Key Laboratory of Plant Molecular Breeding, College of Agriculture South China Agricultural University Guangzhou China; Key Laboratory for Enhancing Resource Use Efficiency of Crops in South China, Ministry of Agriculture and Rural Affairs South China Agricultural University Guangzhou China; South China Institute for Soybean Innovation Research South China Agricultural University Guangzhou 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）：Guoqiang Liu, Chen Ling, Tingting Xu, et al. Transcriptional and Functional Insights Into the All‐Stage Resistance Gene GmRmd1 ‐Mediated Regulation of Resistance to Powdery Mildew in Soybean. Molecular Plant Pathology（出版社：Wiley） 2026-08-28. DOI: 10.1111/mpp.70330. 原著ライセンス：CC BY.