image: The nematode-infected site of the DEL1 deficient plants became brown. When stained with lignin, the infection site produced a strong reaction color (red). view more
Credit: Professor Shinichiro Sawa
熊本大学の研究グループが、植物の成長と防御のバランスを調節する仕組みを解明しました。植物は病原体感染から守るために防御ホルモンを合成・蓄積していますが、過剰に蓄積すると植物の成長が著しく妨げられます。植物が線虫に感染した際に植物の成長と防御のバランスを保つ役割を果たす遺伝子としてDEL1を同定しました。本成果により、農作物の品種改良、様々な病原体の感染機構解明などに貢献することが期待されます。
植物は生涯にわたって成長を続けますが、病原体からの攻撃を受けると、成長を抑えて防御ホルモンであるサリチル酸やリグニンの合成など防御応答にエネルギーを投入します。この流れが過剰になると、植物は必要以上の抵抗力と引き換えに著しい成長阻害を示します。したがって、植物はこのような成長－防御のバランスを適切に保っていると考えられています。しかし、このようなバランス調節の仕組みは葉においてのみ報告されており、根においても同様の仕組みが存在するかは全くわかっていませんでした。
そこで、根に感染する病原体としてサツマイモネコブセンチュウ（Meloidogyne incognita）をシロイヌナズナの野生型（遺伝子欠損のない植物体）およびDEL1欠損体へ感染させて調べました。その結果、DEL1欠損体においてサリチル酸が多く蓄積されていました。また、DEL1欠損体の線虫感染部位は茶色であり、リグニン染色剤を用いたところ濃い反応色を示しました。さらに、DEL1欠損体の線虫抵抗性は野生型よりも高いことがわかりました。このことは、DEL1遺伝子が線虫に対する防御応答を抑える働きがあることを示しています。次に、DEL1欠損体に線虫を感染させ根の成長を観察したところ、根の著しい成長阻害が見られました。
以上より、DEL1欠損体は線虫に対する高い抵抗性を持つ一方で、根の成長は著しく阻害されることが明らかとなりました。本研究は根において植物の成長－防御バランス調節機構が存在することを初めて実証し、DEL1遺伝子がこの機構に重要であることを示しました。
研究を主導した澤教授は次のようにコメントしています。
「本研究により、病原体防除に対してより多角的な戦略がとれるようになると考えられます。例えば、見た目や味、抵抗性に関して優れた形質を持つが成長が遅く収穫量が低いような品種に対し、DEL1のようなバランス調節に関わる遺伝子に着目することで収穫量が増し、より優れた品種を作出できると考えられます。DEL1は転写因子であり、DEL1の活性を直接制御することで、病害虫に強い品種改良ができると考えています。」
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本研究成果は、学術雑誌誌「Scientific Reports」に令和2年6月1日に掲載されました。
[Source] Nakagami, S., Saeki, K., Toda, K. et al. The atypical E2F transcription factor DEL1 modulates growth�defense tradeoffs of host plants during root-knot nematode infection. Sci Rep 10, 8836 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-65733-3
Journal
Scientific Reports