化学と生物 Vol. 50, No. 9, 2012 627
今日の話題
広範な植物病原菌に対する抵抗性遺伝子
イネから BSR1 遺伝子を FOX ハンティングにより発見
世界的な人口増加の下，飢餓の克服や食料の安定供給 を図るうえで，作物病害を防ぐことは極めて重要な課題 である．細菌や糸状菌は植物に病害を引き起こす主要な 病原体である．その被害を農薬により防ぐ方法が通常用 いられているが，植物自身のもつ抵抗性機構を強化した 耐病性作物を開発することができれば，農薬散布にかか るコストや労力の低減が可能となる．そこでこれまで作 物に病害抵抗性を付与するために，多くの抵抗性遺伝子 が交配により栽培品種に導入され農業の現場で利用され てきたが，複数の病原菌に対して有効な抵抗性遺伝子は ほとんどなかった．ここでは筆者らの研究グループによ り，広範な植物病原菌に対する抵抗性遺伝子がイネから 単離された経緯について紹介する．
イネは全ゲノム配列が解読された最初の作物であり，
完全長cDNAなどのゲノム情報も整備されている．ま た近年，機能獲得型の大規模変異系統を用いた植物遺伝 子 単 離 法 と し て FOX （Full-length cDNA over- expressor） ハンティング法が開発され（1），イネの完全 長cDNAをイネにおいて過剰発現させた，イネFOXイ ネ系統が1万系統以上作製されている（2）．さらにイネの 完全長cDNAをシロイヌナズナにおいて網羅的に過剰 発現させた約2万系統のイネFOXシロイヌナズナ系統 も作製されている（3）．この系統を用いたFOXハンティ
ングの例としては，耐塩性スクリーニングにより原因と なる遺伝子が単離されている（4）．大規模なスクリーニン グを行うには，イネFOXイネ系統よりも，生育が早く 小型のシロイヌナズナを宿主に用いたイネFOXシロイ ヌナズナ系統のほうが有利であると考えられる．
動物が自然免疫を有するように，植物にも機構は異な るものの自然免疫があると考えられ，植物免疫と呼ばれ ている．植物免疫の実態はまだ完全には明らかにされて いないが，これを増強することができれば広範囲の病害 に抵抗性をもつようになることが期待できる．植物免疫 の中には種を超えて保存されている部分もあると考えら れるので，イネの植物免疫に関する遺伝子がシロイヌナ ズナで過剰発現されれば，シロイヌナズナでも植物免疫 が増強され，病害抵抗性になる可能性が考えられる．以 上のような考えから，筆者らはイネFOXシロイヌナズ ナ系統に対する病原菌感染抵抗性スクリーニングを実施 することにした．
シロイヌナズナではトマト斑葉細菌病菌 （
pv. DC3000） が最もよく用いられ る病原細菌であり感染も容易なので，スクリーニングに 用いた．イネFOXシロイヌナズナ系統2万系統にトマ ト斑葉細菌病菌を感染させ，ほとんどの系統が死滅する 中で生存する系統を選抜する，という感染抵抗性スク
図1■BSR1過剰発現シロイヌナズ
ナおよびイネの広範な病原菌に対す る抵抗性
（左上）トマト斑葉細菌病抵抗性．野 生型は菌の感染によりしおれている．
（右上）アブラナ科野菜類炭疽病抵抗 性．野生型は菌の感染によりしおれ ている．（左下）イネ白葉枯病抵抗 性．野生型（原品種）は菌の感染に より葉が白く枯れているが，過剰発 現体では接種部位近傍以外はほとん ど枯れていない．▼印は菌の接種部 位．（右下）イネいもち病抵抗性．野 生型は菌の感染による病斑が多く現 れているが，過剰発現体では病斑数 が激減した．
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リーニングが行われた．3回のスクリーニングにより，
最終的に抵抗性系統が72系統選抜され，それらの原因 遺伝子が特定された．さらに72系統の中で病原糸状菌 のアブラナ科野菜類炭疽病菌 （
） にも抵抗性を示すものが，同様の感染スクリー ニングで13系統選抜された．アブラナ科野菜類炭疽病 菌は，イネに最も甚大な被害を及ぼす病原糸状菌のいも ち病菌と感染機構が類似しているために用いた．トマト 斑葉細菌病菌とアブラナ科野菜類炭疽病菌の両菌に感染 抵抗性を示したイネFOXシロイヌナズナ系統において 過剰発現させていたイネ由来の完全長cDNAを，今度 はイネに過剰発現させて，イネにおける病害抵抗性が調 べられた．すると，そのうち一つの完全長cDNAを過 剰発現させたイネが，病原細菌である白葉枯病菌 （
） と病原糸状菌のいもち病菌 （
） に対して非常に強い抵抗性を示した（図 1）．いもち病抵抗性の程度は，極強の抵抗性品種を超え るほどの非常に強いものであった．この遺伝子は双子葉 植物のシロイヌナズナと単子葉植物のイネの2種の植物 種において4種類の病原菌（図1）に抵抗性を示したこ
とから， （ ） と命名さ
れた（5）．
は新規の受容体様細胞質キナーゼ （Receptor- like cytoplasmic kinase ; RLCK） を コ ー ド し て い た．
RLCKとは受容体様キナーゼ （RLK） と同様のキナーゼ ドメインをもつが，細胞外ドメインや膜結合ドメインを もたないキナーゼのことである．イネには300以上の RLCKが存在しているが，機能の明らかになっているも のはほとんどない．シロイヌナズナでは病害抵抗性関連 タンパク質であるPBS1やBIK1などがこのグループに 属している．BSR1タンパク質はシロイヌナズナの既知 タンパク質の中ではBIK1と最も相同性が高かった（5）． BIK1キナーゼは，細菌に由来する鞭毛タンパク質フラ ジ ェ リ ン を 認 識 す る 受 容 体FLS2と 複 合 体 （FLS2/
BAK1/BIK1） を形成し，受容体複合体のリン酸化を介 してフラジェリン受容のシグナルを細胞内に伝達するこ と，その結果植物免疫が活性化されることが報告されて いる（6）．このあたりの詳細については本誌5月号で解説 されているので参照されたい（7）．さらにBIK1は細菌に 由来する翻訳伸長因子EF-Tu（EF-Tuを認識する受容 体はEFR）によってもリン酸化されることが明らかに なっており，BIK1は病原菌認識に関わるさまざまな受 容体からのシグナル伝達を仲介することにより植物免疫 の初期過程に関与していると考えられている（6）．BIK1 と相同性の高いBSR1タンパク質も同様に，さまざまな 病原菌認識受容体からのシグナルを細胞内に伝達すると ころで機能しているのではないかと考えられる．
の過剰発現により，これらの受容体からのシグナルが増 強されたと考えると，イネで2種類の病原菌に抵抗性に なったこと，異種のシロイヌナズナでも2種類の病原菌 に抵抗性になったことが説明できる．
以上のように は，過剰発現することにより単子 葉植物，双子葉植物の両方で，細菌病にも糸状菌病にも 抵抗性を付与する遺伝子であり，このように広範な病害 抵抗性遺伝子はこれまでほとんど報告がない．そこで今 後はBSR1の機能解明を行うとともに，種々の作物にお いて 遺伝子を過剰発現することにより，広範な病 原菌に抵抗性を有する品種の作出が期待される．
1） T. Ichikawa : , 48, 974 （2006）.
2） H. Nakamura : , 65, 357 （2007）.
3） Y. Kondou : , 57, 883 （2009）.
4） N. Yokotani, T. Ichikawa, Y. Kondou, S. Maeda, M. Iwa- buchi, M. Mori, H. Hirochika, M. Matsui & K. Oda :
, 71, 391 （2009）.
5） J. G. Dubouzet, S. Maeda, S. Sugano, M. Ohtake, N.
Hayashi, T. Ichikawa, Y. Kondou, H. Kuroda, Y. Horii, M.
Matsui, K. Oda, H. Hirochika, H. Takatsuji & M.
Mori : , 9, 466 （2011）.
6） D. Lu : , 107, 496 （2010）.
7） 蔡 晃植，平井洋行：化学と生物，50, 363 （2012）.
（前田 哲，森 昌樹，（独）農業生物資源研究所）
