応用機能生物学コース 植物病理学
私たちヒトが病気になるように、植物も病気になります。というと、多くの人は「植物の病気なんて見たことがない」と言うかも知れません。確かに、今田圃をみても畑を見ても、プロの農家が管理しているところでは、作物はみずみずしく、きれいに育っています。しかし、これは病害虫を防除するために農家が農薬散布をするなど多大な努力をしているからに他なりません。もし、あなたが、キュウリの種をもらい、無農薬野菜を作ろうと家庭菜園を始めたとします。栽培をはじめてまもなく、あなたのキュウリはさまざまな病気、例えばうどんこ病、べと病、モザイク病等に罹病し、見るも無残な状況になるでしょう。病気は我々の周囲に常在しており、その攻撃から作物を守るために農家日々奮闘しているおかげで、私達は農作物を食べることができるのです。植物病理学は、そのような植物の病気を取り扱う学問分野です。植物の病気の原因を解明し、その防除法を開発することを目的とします。植物のお医者さんを養成する分野と言ってもいいでしょう。
我々の研究室で現在主として取り組んでいるのは、コムギいもち病です。本病原菌は、1985年、ブラジルで出現し、その後南米の周辺諸国に伝播して、大きな被害を引き起こしました。最近では、バングラデシュ・インドに飛び火し、Pandemic Disease（世界的流行病）になりつつあります。本研究室では、この病原菌がどのようにして進化・出現したのかを解明するとともに、これに対抗すべく、コムギいもち病抵抗性遺伝子の探索・同定とその導入による抵抗性コムギ品種の育成に取り組んでいます。
コムギいもち病（Dr. A. S. Urashima提供
もう少し専門的に知りたい方へ
- 我々は、コムギいもち病菌がなぜコムギを侵せるように進化したかを明らかにするためには、コムギいもち病菌の近縁菌がなぜコムギを侵せないかを調べればよいと考えました。そこで、近縁菌であるライグラスいもち病菌がなぜコムギを侵せないかを解析したところ、本菌のもつPWT3という遺伝子の産物がコムギのRwt3という抵抗性遺伝子に認識されるためであることを見出しました。そこで、PWT3をクローニングし、ライグラス菌のPWT3を破壊したところ、ライグラス菌がコムギに対する寄生性を獲得しました。このことから、単一遺伝子の機能欠失変異が、ライグラスいもち病菌のコムギへの「ホストジャンプ」をもたらしたと考えました。
一方、コムギ集団におけるRwt3の保有状況を調査した結果、一般的にコムギはRwt3を保有しているが、1980年代初頭のブラジルにおいて、Rwt3を保有しない品種が奨励品種となり、広く栽培されたことが判明ました。このことから、このRwt3非保有品種にライグラス菌またはその近縁菌が寄生し、その上で増殖する中でPWT3に機能欠失変異が起こってRwt3保有品種に対する病原性をも獲得し、最終的に全コムギ品種に病原性を示すコムギ菌が成立したと考えました。このモデルは、Rwt3非保有品種がホストジャンプの springboard（跳躍板）になったこと、換言すれば、Rwt3非保有コムギ品種の栽培という人間の活動が、コムギいもち病菌の進化を促したということを示しています。
ところで、コムギいもち病に強いコムギ品種を作るためには、抵抗性遺伝子が必要ですが、本菌は、地球上に出現してまだ30年しか経っていない新しい病原菌であり、これに対する抵抗性遺伝子は現在のコムギ集団の中にはほとんどありません。しかし、我々は、多数のコムギ品種をスクリーニングした結果、抵抗性遺伝子を２つ見出しました。現在、これら2遺伝子（Rmg8, RmgGR119）を用いて抵抗性育種を進めています。
- 形態学的アプローチによる植物病原菌の病原性メカニズムの解明
（１）胞子発芽・宿主接着・付着器形成
植物病原糸状菌の植物感染成立には、まず宿主植物への付着が重要となります。発芽過程で産生される細胞外物質（Extracellular matrix）が接着に貢献していると考えられます。宿主接着に成功すると、菌糸先端に付着器を形成し、宿主侵入のための準備を進めて行きます。私たちは、これら一連の仕組みに関わる遺伝子の特定を試みています。
コムギ葉上に形成されたいもち病の付着器（左）と宿主接着に貢献する細胞外物質（右）
（２）宿主侵入能力の創出
いもち病菌が宿主侵入するためには、付着器において高い侵入力（膨圧）を生み出す必要があります。付着器には多量のグリセロールが蓄積されることにより、外界との浸透圧差が生じ、高い膨圧を生じます。このとき生じる膨圧は８メガパスカルと見積もられ、自動車のタイヤ圧の４０倍にもなります。いもち病菌はグリセロールを生成するために、胞子に貯蔵されていたグリコーゲンや脂質を積極的に代謝します。この過程において、オートファジー機構が活性化され、胞子細胞は死に至ります。このようにして生じた膨圧を付着器底部に適切に作用させるために、細胞骨格が宿主侵入部位に集積することが明らかとなっています。私たちは、これら一連の仕組みがどのような制御によって行われているのか、解き明かそうとしています。
いもち病菌の発芽過程における脂質の可視化（左）とオートファジーが活性化した胞子細胞（右）
- 新たな病害防除法の開発
（１）剥離効果を利用した生物防除
私たちは、いもち病菌において宿主接着が重要であることに着目し、病原菌の剥離効果を利用した生物防除法の確立に取り組んでいます。
細胞外物質を分解できる酵素によりいもち病菌を剥離することに成功した（左）
コラゲナーゼ活性を持つ微生物を利用することによる新たな生物防除法の開発（右）
（２）ヴァイロコントロール（Virological Control）
いもち病菌だけでなく、多様な植物病原糸状菌の防除を目標として、植物病原菌にのみ感染するウイルスを利用した生物防除法であるヴァイロコントロールの確立に取り組んでいます。
特定のウイルスが感染した病原菌は宿主植物に病気を起こすことが出来なくなります（左）
このようなウイルスを利用した生物防除法をヴァイロコントロールと呼んでいます（右）
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