2019 Fiscal Year Annual Research Report
植物病原菌の起源を探る－宿主特異的毒素を生産するアルタナリア病原菌を例として
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17H06247
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Chubu University |
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Principal Investigator |
柘植 尚志 中部大学, 応用生物学部, 教授 (30192644)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
児玉 基一朗 鳥取大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (00183343)
足立 嘉彦 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 果樹茶業研究部門, ユニット長 (70355387)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | 植物病原菌 / 菌類 / 植物 / 病原性 / 進化 / 宿主特異的毒素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Alternaria alternataの7つの病原型の病原性は、宿主特異的毒素によって決定されている。先に、5つの病原型から毒素生合成遺伝子（TOX）クラスターを同定し、それらが生存には必要でないconditionally dispensable（CD）染色体に座乗することを見出した。さらに、CD染色体には共通起源となった染色体が存在すること、CD染色体の成立は古く、その成立には野生宿主が関与したことを示唆する結果を得た。本研究では、TOXクラスターとCD染色体の起源を検証するとともに、野生宿主を探索する。今年度は、主に以下の研究を実施した。
腐生的（非病原性）A. alternata菌株が起源染色体を保有すると予想される。先に、CD染色体保存遺伝子の網羅的なPCR検出によって、起源染色体候補を保有する菌株を見出し、そのドラフト配列を決定した。今年度は、得られたドラフト配列のアノテーション、保存領域の同定、これまでに得られている他の菌株のCD染色体との構造比較を進めた。
先に、リンゴ斑点落葉病菌の12個のAM毒素生合成遺伝子（AMT遺伝子）のうち7個が、Mycosphaerella属菌から水平移動したことを示唆する結果を得るとともに、コムギ葉枯病菌（M. graminicola）から、2株のAMT1相同遺伝子（MgAMT1）破壊株を作出した。今年度は、野生株と破棄株の形質を詳細に比較解析し、MgAMT1遺伝子が病原性、胞子形成、栄養生長に関与しないことを明らかにした。
リンゴ斑点落葉病菌の潜在的宿主であることが報告されているボケ11品種とユスラウメ11品種のAM毒素およびリンゴ菌感受性を検定し、ボケでは花色の白またはピンク系統、ユスラウメでは花色の白系統がそれぞれ感受性であることを見出した。さらに、モクレン科のユリノキがAM毒素に感受性であることを新たに見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
A. alternataは自然界に広く分布する本来腐生的な糸状菌である。したがって、宿主特異的毒素を生産する7つの病原型は、それぞれ固有の毒素生産能を獲得することによって病原菌化したと考えられ、腐生菌の病原菌化、すなわち病原菌の起源を研究するための単純かつ好適なモデルである。
A. alternata病原菌のTOXクラスターが座乗するCD染色体の起源染色体の探索については、起源染色体候補を保有する腐生的（非病原性）菌株のゲノムドラフト配列を次世代シークエンサーを用いて決定し、これまでに見出されているCD染色体保存領域を同定した。
TOXクラスターの起源遺伝子の機能解析については、リンゴ斑点落葉病菌のAMTクラスターの一部遺伝子の起源と予想されるコムギ葉枯病菌を用いて、そのAMT相同遺伝子（MgAMT）の機能を解析した。MgAMT1破壊株の形質を詳細に調査し、MgAMT1（MgAMTクラスター）が病原性、胞子形成、栄養生長に関与しないことを明らかにした。この結果は、コムギ葉枯病菌では病原性に関与しなかった遺伝子が、A. alternataに水平移動し、新たにAM毒素の生産に利用され、病原性進化に活用されたことを示唆している。
A. alternata病原菌の野生宿主の探索については、農研機構果樹茶業研究部門に保存されているバラ科果樹の多数の系統について、リンゴ斑点落葉病菌菌およびナシ黒斑病菌に対する感受性検定を進め、主要品種以外にも感受性品種が存在することを見出した。また、ボケ11品種とユスラウメ11品種から、AM毒素およびリンゴ斑点落葉病菌感受性品種を見出し、リンゴ以外にも宿主植物が存在すること、ボケとユスラウメにも感受性と抵抗性の系統が存在することを明らかにした。
以上のように、今年度は、当初予定した研究をほぼ実施することができ、研究は順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
A. alternataの7つの病原型のうち、バラ科作物を宿主とするリンゴ斑点落葉病菌、ナシ黒斑病菌、イチゴ黒斑病菌を主に用いて、以下の研究に取り組む。
腐生的（非病原性）A. alternata菌株が保有すると推定されるCD染色体の起源染色体を探索するために、候補株のゲノムドラフト配列のアノテーションによって、起源染色体候補の構造解析をさらに進める。さらに、これまでに得られている他の菌株の情報も含め総合的に検証し、起源染色体の構造を推定する。
本研究では、バラ科野生植物を中心に、3病原菌の野生宿主をそれぞれ探索する。先に、リンゴと同じバラ科のボケとユスラウメにもAM毒素およびリンゴ菌感受性の品種が存在することを明らかにした。ボケとユスラウメが自然宿主であることを実証するために、ボケ、ユスラウメに発生している自然病斑から菌を分離し、それらの感受性リンゴ品種に対する病原性、AM毒素生産性を検定することによって、リンゴ斑点落葉病菌の分離を試みる。また昨年度、モクレン科のユリノキがAM毒素に感受性であることを見出した。リンゴ菌のユリノキに対する病原性を検定するとともに、感染行動を詳細に観察する。
農研機構果樹茶業研究部門に保存されている、野生種も含めたバラ科果樹の多数の系統について、3病原菌の毒素に対する感受性検定を順次進める。また、サクラ、バラの品種についても3病原菌の毒素に対する感受性検定を行い、それぞれの宿主作物以外の宿主をさらに探索する。
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