私たち人間だけでなく、あらゆる種類の植物にも最小の生き物が生息しています。生物学者は、葉上に良性細菌と病原性細菌が共存することで植物の健康状態を改善できることを発見しました。これは、合成殺虫剤に代わる天然の農薬の開発に役立つ可能性があります。
微生物は皮膚や人間の腸内と同様に、植物の葉にも生息しています。それらの中には植物に病気を引き起こすものもありますが、葉にも共生細菌が生息しています。これらは、定着する宿主にプラスの影響もマイナスの影響も与えません。しかし、植物はどのようにしてこれほど多くの微生物を抱えながらも健康を維持できるのでしょうか?
感染に対する自然防御力の研究
あるいは、テュービンゲンのマックス・プランク生物学研究所のシャレフ氏とその同僚も、この質問を自問しました。 「農業では、病原体を除去するために殺虫剤の使用や植物の剪定などの多くの方法が使用されます。そのため、多くの野生植物が病原体と共生できることは驚くべきことです」とシャレフ氏は説明します。科学者らは共生細菌が原因ではないかと疑っている。彼らは、これらが有害な近縁種に影響を及ぼし、植物を病気から守るのではないかと考えています。
この仮説を検証するために、研究者らはシロイヌナズナ種の植物に共生細菌のみ、有害な病原体のみ、または良性と病原性のシュードモナス株の混合物を感染させた。検査されたすべての細菌は同じ属に由来していました。自然界の状況をできるだけ現実的に再現するために、研究チームは試験植物を自然の生息地に対応する土壌に植えました。彼らはまた、風や雨による細菌の伝染を模擬した懸濁液を噴霧した。研究者らはまた、この一連の実験で特に調べられたシュードモナス株以外の細菌にも植物を曝露した。
時間の経過に伴う微生物の定着の発達と変化を理解するために、研究者らは、細菌の特定の DNA 配列に基づいてそれぞれの菌株を識別できる「ゲノム バーコーディング」を使用しました。
バクテリアミックスが植物の健康を促進
その結果、一部の細菌が実際に植物の健康を促進することが示されました。シュードモナス属の病原性細菌と共生細菌が同時感染すると、植物の生育が大幅に向上し、病原性細菌の出現が大幅に減少しました。しかし、有害なシュードモナス株のみに感染させた試験植物では、研究者らは病原性細菌の数が著しく多く、植物の成長が遅いことが観察されました。彼らによれば、これは良性微生物が実際に試験植物の健康にプラスの効果をもたらしたことを示しているという。
研究者らによると、共生細菌は、病原性近縁種の蔓延を困難にする特定のメカニズムを使用しているという。彼らは、共生するシュードモナスによる定着が植物の免疫応答を刺激し、その関連害虫の増殖を抑制することを観察しました。 「感染した細菌はすべて同じ属に由来しており、この免疫反応は 1 つの病原性系統にのみ特異的に対処したため、これは異常な結果です。これは、植物によって媒介される免疫反応がいかに特異的であるかを示す証拠です」とシャレフ氏は強調する。
病原体に対するチームとしての共生
ただし、病原体に対するこの防御機能がすべての植物で実証されたわけではありません。病原性シュードモナスに対する防御が機能するかどうかは、植物とその上に生息する細菌の遺伝的特性に大きく依存しているようです。研究チームは、チーム内の共生細菌の働きも重視している。 「私たちの研究のもう一つの重要な側面は、既存の集団的保護効果の決定と説明でした。私たちは個々の俳優を俳優として特定したのではなく、むしろ集団の相乗効果を特定しました」とシャレフは説明します。
新しく得られた知識は農業にとって非常に重要である可能性があります。植物が病原体とどのように調和して共存できるかのメカニズムは、まだ理解する必要があります。しかし、追跡調査の結果は、合成殺虫剤の使用を減らすための農業における新しい解決策を開発する鍵となる可能性があります。
出典: マックス・プランク生物学研究所テュービンゲン;専門記事: Nature Ecology & Evolution、 doi: 10.1038/s41559-022-01673-7
