熊本大学

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宮崎大学

東京大学大学院理学系研究科

 

発表概要

熊本大学大学院先端科学研究部附属生物環境農学国際研究センターの澤 進一郎センター長、中上 知博士研究員、東京大学大学院理学系研究科東山 哲也教授、名古屋大学佐藤 良勝特任准教授、野田口 理孝特任教授、近藤 竜彦講師、宮崎大学井田 隆徳准教授、新潟大学岡本 暁准教授らの研究グループが、世界で初めて、植物に感染する線虫の寄生メカニズムの一端が、植物のペプチドホルモンハイジャックであることを発見しました。線虫による農業被害は年間数十兆円にも上ります。しかしながらこれまでは線虫そのものを駆除するしかなく、駆除標的にあたる具体的な物質については未解明でした。本成果により、標的物質が明確になり、ペプチドを利用した新しい防除手法の開発が期待されます。現在ペプチドを使った農業技術が注目され始めており、植物感染性線虫防除でも、その技術が花開くきっかけの物質になると考えています。

線虫（ネコブセンチュウ）は、根に寄生し、コブを作って植物の栄養を奪い、農作物を枯らします。今回、我々は、モデル植物のシロイヌナズナを用いて、線虫が根にコブを形成する際に、シロイヌナズナのペプチドホルモンを利用し、光合成によって作られた糖を葉から根に無理やり移動させていることを発見しました。通常は根への糖輸送シグナルは働いていません。根に線虫が感染すると、まず線虫はその輸送シグナルの担い手であるCLEペプチドホルモンを働かせることで、地上部の維管束で糖のトランスポーターを誘導します。すると糖は根に運ばれます。つまり、線虫はコブの形成に必要なエネルギー（糖）を得るために、植物のCLEペプチドホルモン伝達をハイジャックしているのです。今後、線虫がどのようにして、CLE遺伝子を活性化しているかなどメカニズムの詳細を解析する予定です。

土壌の線虫を死滅させる方法としては、現在は土壌燻蒸剤の散布が効果的ですが、農業従事者への負担や環境への影響から、燻蒸剤によらない防除法が求められています。本成果により、CLEペプチドと競争的、受容体に結合する物質（アンタゴニスト）を合成し、土壌に撒くことで、根のコブによる被害を抑えることができると考え、試みる予定です。また、この仕組みをブロックするような品種改良を行い、線虫に強い作物を作る予定です。この成果をきっかけとして、農業分野にイノベーションがもたらされると確信しています。

我々の成果は、動物と植物間の相互作用を理解するだけでなく、農作物の収量増加やストレス耐性付与など、農業分野への貢献が期待されています。

本研究成果は令和５年6月2日に科学雑誌「Science Advances」に掲載されました。

 

図：サツマイモネコブセンチュウとシロイヌナズナを用いた根瘤形成の解析システム。
(A)サツマイモネコブセンチュウを赤い試薬で染色した写真。赤い線形のものが成長前のセンチュウ、瓢箪形のものが成長中のセンチュウ。白く見えるものがシロイヌナズナの根と根瘤。
(B, C)透明な寒天培地を用いたアッセイシステム。CはBの破線部分の拡大画像。根瘤形成の様子が容易に観察できる。

 

詳しくは、熊本大学 のホームページをご覧ください。