著者の所属・活動拠点の国は、中国です。

掲載誌：PeerJ

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

ホウレンソウ生産に大きな被害を与える病気が、Peronospora effusaという病原体によって起こる「べと病」です。論文によると、べと病は世界のホウレンソウの収量と品質を大きく下げる、最も被害の大きい病気とされています。防除は主に合成の殺菌剤に頼っていますが、人の健康への懸念や、薬剤の効かない菌株の報告が増えていることが背景として挙げられています。

植物は病原体が出す「エフェクター」という分子を細胞の中で見つけて免疫を働かせます。その見張り役となる受容体の多くは、NBS-LRR遺伝子と呼ばれる遺伝子群がつくっています。野生近縁種からこの種の抵抗性遺伝子を取り込むことは、べと病に強い品種を育てる主な方法のひとつです。しかし研究チームによると、ホウレンソウのNBS-LRR遺伝子群については、種類分け、染色体上の位置、共通する配列の特徴、遺伝子どうしの系統関係を体系的に整理した研究がまだ十分ではありませんでした。また、べと病抵抗性に関わるとされる染色体領域の情報と結びつけて候補遺伝子を検討した研究や、抵抗性と感受性の系統で病原体感染後に遺伝子の働き方がどう変わるかを調べた研究もありませんでした。研究チームは、これら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

研究チームはまず、公開されているホウレンソウの参照ゲノムをコンピューターで解析し、NBS-LRR遺伝子を探しました。NBS-LRR遺伝子は、中央のNBSと呼ばれる部分（ヌクレオチド結合部位）と、末端のLRRと呼ばれる部分（ロイシンに富む繰り返し配列）などの構成要素（ドメイン）を持つことで定義されます。研究チームは、NBS部分などの主要なドメインが欠けている配列を除いたうえで、遺伝子ごとにどのドメインを持つかによって種類分けしました。さらに、染色体上の位置、遺伝子の構造、たんぱく質の性質、共通する短い配列パターン（モチーフ）、遺伝子どうしの系統関係（系統樹）を解析しました。たんぱく質どうしの相互作用もデータベースを用いて予測しました。

次に、ゲノム解析で見つかった遺伝子から10個の候補を選び、実際の植物で遺伝子の働き具合（発現量）を測りました。候補は、過去のゲノムワイド関連解析（GWAS、多数の系統の遺伝情報と形質を照らし合わせて関連する領域を探す方法）でべと病抵抗性との関連が示された第3染色体の領域にある3個、特殊なドメインを持つ2個、系統樹の異なる枝から選んだ5個です。発現量の測定にはqRT-PCRという方法が使われました。

発現を調べた対象は次の4つです。1つ目は、根、茎、葉、葉柄といった部位による違いです。2つ目は、べと病への強さが異なる8系統の比較です。3つ目は、葉の色や形、とう立ちの時期などの性質が異なる12系統の比較です。4つ目として、べと病に弱い系統（sp73）と強い系統（Whale）の葉に病原体の胞子を接種し、接種後0日から10日までの発現の変化を追いました。

主な報告結果

ホウレンソウのゲノムからは、114個のNBS-LRR遺伝子が見つかりました。ドメインの組み合わせで分けると、CCドメインとNBSを持つCN型が40個で最も多く、CC・NBS・LRRを持つCNL型が27個、NBSだけのN型が19個、NBSとLRRのNL型が12個でした。TIRドメインを持つTNL型と、RPW8ドメインを持つRN型は、それぞれ1個だけでした。

これらの遺伝子は、6本の染色体に偏って分布していました。第3染色体に32個（28.1%）、第1染色体に30個（26.3%）、第4染色体に22個（19.3%）があり、第5染色体は10個、第6染色体は12個でした。系統樹の解析では、遺伝子は複数のグループに分かれました。同じ種類の遺伝子どうしは近い関係にあり、唯一のTNL型とRN型の遺伝子は他の遺伝子から遠い位置にありました。モチーフ解析では15個のモチーフが見つかり、そのうちモチーフ2と12はすべてのたんぱく質に含まれていました。同じ枝に属する遺伝子は、モチーフの構成やドメインの構造が似ていました。

接種実験では、研究チームによると、抵抗性のWhaleの候補遺伝子は、感受性のsp73と比べて、抵抗性に関連する発現の上昇がより強く見られました。Whaleでは、GWASで候補とされた領域にあるSoarcCNL8とSoarcCN20の発現が、接種後6日目までほぼ一定で、6日目から10日目にかけて有意に増えました。SoarcCN4とSoarcNL11は、0日目から10日目まで上昇を続けました。SoarcRN1とSoarcTNL1は、6日目まで緩やかに増えた後に急に上昇しました。一方sp73では、多くの候補遺伝子の発現が接種後2日目までにいったん下がり、8日目から10日目にかけて上がりました。

べと病への強さが異なる8系統の比較では、SoarcRN1の発現は、抵抗性が高い系統US78で最も高くなりました。8系統は、発現のパターンから、抵抗性が高い系統、中程度の系統、感受性の系統の3つのまとまりに分かれました。部位別の測定では、10個の候補遺伝子はいずれも根、茎、葉、葉柄で発現しており、部位によって発現の高さが異なりました。たんぱく質の相互作用の予測からは、SoarcRN1とSoarcNL8が中心的な抵抗性たんぱく質として挙げられました。

この報告が示すこと

研究チームは、ホウレンソウのNBS-LRR遺伝子群を体系的に整理し、GWASの情報や発現の測定と組み合わせることで、べと病抵抗性に関わる可能性がある候補遺伝子を絞り込みました。たとえばSoarcCNL8とSoarcCN20は、感染の後半の防御で働く可能性があると著者らは述べています。この成果は、ホウレンソウがべと病にどう応答するかを解き明かすための土台であり、今後機能を確かめるべき遺伝子の優先順位を示すものと位置づけられています。

ただし、今回示されたのは遺伝子の発現と抵抗性との関連であり、これらの遺伝子が実際に抵抗性をもたらしているという因果関係は確かめられていません。著者らは、遺伝子の働きを人為的に変える手法などで、その役割を検証する必要があるとしています。

原著論文の著者・所属：Jiao Yang（Shanghai Collaborative Innovation Center of Plant Germplasm Resources, College of Life Sciences, Shanghai Normal University, Shanghai, China）、Man Yuan（Shanghai Collaborative Innovation Center of Plant Germplasm Resources, College of Life Sciences, Shanghai Normal University, Shanghai, China）、Xuemei Wang（Shanghai Collaborative Innovation Center of Plant Germplasm Resources, College of Life Sciences, Shanghai Normal University, Shanghai, China）、Xiaoli Wang（Shanghai Collaborative Innovation Center of Plant Germplasm Resources, College of Life Sciences, Shanghai Normal University, Shanghai, China）、Chenxi Xu（Shanghai Collaborative Innovation Center of Plant Germplasm Resources, College of Life Sciences, Shanghai Normal University, Shanghai, China）、Xiaofeng Cai（Shanghai Collaborative Innovation Center of Plant Germplasm Resources, College of Life Sciences, Shanghai Normal University, Shanghai, 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）：Jiao Yang, Man Yuan, Xuemei Wang, et al. Genome-wide identification and expression analysis of nucleotide-binding site leucine-rich repeat genes associated with downy mildew resistance in spinach. PeerJ（出版社：PeerJ, Inc.） 2026-08-14. DOI: 10.7717/peerj.21599. 原著ライセンス：CC BY.