著者の所属・活動拠点の国は、ウルグアイです。

掲載誌：Plants

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

灰色かび病は、ボトリチス・シネレア（Botrytis cinerea）というカビによって起こる植物の病気です。このカビは、風雨や虫などでできた傷口から入り込み、植物の組織を枯らしながら養分を得ます。トマトでは温室栽培や収穫後に被害が多く、トマトとこのカビの関係はすでに詳しく調べられてきました。ジャガイモでは主要な病気ではありませんが、米国で大きな被害の報告があります。また、カビの病気を調べるモデルとしても有望とされてきました。ところが、感染したジャガイモの葉で遺伝子がどう働くかを網羅的に調べた報告は、これまでありませんでした。

そこで研究チームは、感染初期のジャガイモの葉で、植物側の防御反応とカビ側の攻撃の仕組みを、遺伝子の働きから明らかにしようとしました。さらに、近縁のナス科植物であるトマトの公開データと比べ、両者に共通する防御の仕組みと異なる点を探りました。

何を、どのように調べたか

研究チームは、無菌状態で育てたジャガイモ（品種「ビンチェ」）の葉に小さな傷をつけ、カビの胞子液を1枚あたり約3000個分接種しました。比較のため、水だけを与えた葉も用意しました。接種から24時間後と72時間後に、それぞれ3つの独立した試料を採取しました。

分析には「デュアルRNA-seq」という方法を使いました。細胞の中で働いている遺伝子の情報（RNA）をまとめて読み取り、植物の遺伝子とカビの遺伝子の両方の働き具合を一度に調べる方法です。感染した葉と水処理の葉を比べ、働きが統計的に意味のある大きさで変化した遺伝子を「発現変動遺伝子」として選び出しました。基準は、働きの強さがおおむね4倍以上増えるか、4分の1以下に減ることです。カビの遺伝子については、培地上で育てたカビを比較の基準にしました。あわせて、カビが葉の中に広がる様子を蛍光染色で顕微鏡観察しました。

トマトについては、別の研究が公開した感染データを入手しました。そのうち、今回の時点に近い接種23時間後と47時間後のデータを、同じ手順で解析し直しました。両種の対応する遺伝子を特定したうえで、遺伝子の働き方を比べています。また、15個の遺伝子については別の測定法（定量PCR）でも働きを調べ、RNA-seqの結果を確かめました。

主な報告結果

ジャガイモの葉では、接種24時間後に接種部位が褐色になり始めました。その後、組織が崩れ、黄色く変色する範囲が広がりました。顕微鏡では、24時間後に胞子の発芽と菌糸の伸び始めが見られ、72時間後にはさらに広く菌糸が広がっていました。

ジャガイモで働きが変化した遺伝子は全部で5932個でした。これは注釈のある遺伝子約3万3000個の約18%にあたります。24時間後には働きが増えた遺伝子が226個、減った遺伝子が2個にとどまりました。一方、72時間後には増えた遺伝子が3068個、減った遺伝子が2821個に達しました。72時間後には、カビの細胞壁成分キチンの分解、細胞壁の物質の代謝、防御に関わる植物ホルモンであるジャスモン酸のシグナル調節、抗菌物質のもとになるフェニルプロパノイドの合成など、防御に関わる働きがまとまって強まっていました。反対に、光合成に関わる働きは大きく弱まっていました。病原体を見つける受容体の遺伝子も、さまざまな種類で働きが強まっていました。

トマトのデータと比べると、両種に共通する反応が多く見つかりました。細胞壁の補強、活性酸素への対処、病原体に対抗する一群のタンパク質（PRタンパク質）の遺伝子は、どちらでも働きが強まっていました。一方で違いもありました。ジャスモン酸の合成に関わる酵素OPR3などは、ジャガイモでだけ働きが強まっていました。防御ホルモンのサリチル酸の信号を中心で調節するNPR1は、ジャガイモ（72時間後）では強まり、トマト（47時間後）では弱まるという逆の傾向を示しました。抗菌物質をつくる経路の一部、特にテルペノイドと呼ばれる香り成分の仲間の合成でも、どちらか一方だけで働く遺伝子がありました。

カビ側では、植物の表面や細胞壁を分解する酵素の遺伝子135個が、両方の宿主で共通して働きを強めていました。組織を壊死させるタンパク質BcNEP1・BcNEP2などの病原性因子も共通していました。ジャガイモでだけ働いた分泌タンパク質の遺伝子は27個、トマトでだけ働いたものは115個でした。ジャガイモではシュウ酸に関わる遺伝子の働きが強まっていました。カビの毒素であるボトリジアールやボトシン酸の合成に関わる遺伝子は、両種で逆の傾向を示しました。15個の遺伝子を定量PCRで調べた結果は、RNA-seqの傾向とよく一致しました。

この報告が示すこと

研究チームは、ジャガイモとトマトが灰色かび病菌に対して、共通の防御の仕組みを持っていると結論しています。その仕組みには、病原体の察知、細胞内の信号伝達、活性酸素の調節、ホルモンによる制御、防御物質の合成が含まれます。こうした共通の反応は、ナス科植物でこの病気が進むときの中心的な仕組みを示すと考えられます。一方、ホルモン調節や抗菌物質の合成、カビの毒素やエフェクター（宿主を操るために分泌されるタンパク質）に見られた違いは、宿主の違いやカビの適応の違いを反映している可能性があると述べています。

ただし著者らは、限界も明記しています。ジャガイモとトマトのデータは別々の研究で得られたもので、カビの系統、胞子の量、採取の時点、実験条件が異なります。そのため、見られた違いには植物の種の違いだけでなく、感染の進み具合や実験条件の差が含まれている可能性があります。特に、ジャガイモの72時間後とトマトの47時間後は感染段階がかなり離れています。このため、NPR1の逆の傾向も、防御戦略の違いではなくホルモン信号の時間的な変化を反映しているだけかもしれないとしています。ジャガイモで見られた植物ホルモンのアブシジン酸に関わる遺伝子の増加についても、すぐに防御反応とは解釈できないとしています。研究チームは今回の比較を、条件をそろえた今後の研究で共通点と相違点を見分けていくための枠組みと位置づけています。

原著論文の著者・所属：Alfonso Alvarez（Laboratorio de Fisiología Vegetal, Facultad de Ciencias, Universidad de la República, Montevideo 11400, Uruguay）、Verónica Giacri（Laboratorio de Fisiología Vegetal, Facultad de Ciencias, Universidad de la República, Montevideo 11400, Uruguay）、Agustina Taglioretti（Laboratorio de Fisiología Vegetal, Facultad de Ciencias, Universidad de la República, Montevideo 11400, Uruguay）、Guillermo Reboledo（Departamento de Biología Molecular, Instituto de Investigaciones Biológicas Clemente Estable, Montevideo 11600, Uruguay）、Inés Ponce de León（Departamento de Biología Molecular, Instituto de Investigaciones Biológicas Clemente Estable, Montevideo 11600, Uruguay）、Marcos Montesano（Departamento de Biología Molecular, Instituto de Investigaciones Biológicas Clemente Estable, Montevideo 11600, Uruguay; Laboratorio de Fisiología Vegetal, Facultad de Ciencias, Universidad de la República, Montevideo 11400, Uruguay）

※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）：Alfonso Alvarez, Verónica Giacri, Agustina Taglioretti, et al. Comparative Transcriptomic Analysis of Potato and Tomato Responses to Botrytis cinerea Infection. Plants（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-09-14. DOI: 10.3390/plants15182815. 原著ライセンス：CC BY.