Diversity, distribution, and abundance of native Trichoderma species in selected irrigated lowland rice agroecosystems of Tanzania

技術要約：タンザニアの選定された灌漑式低地稲作エコシステムにおける在来種Trichodermaの多様性、分布、および豊富さ

問題提起
Trichoderma属は、生物学的防除、バイオスティミュラント（生物刺激剤）、およびバイオ肥料としての能力において世界的に認められているが、アフリカ、特にタンザニアにおける在来のTrichoderma種の利用可能性、生態学的豊富さ、および多様性に関する包括的なデータは依然として限られている。これまでの研究はアジア、欧州、アメリカに焦点を当ててきたが、タンザニアの灌漑式低地稲作エコシステムにおける土着のTrichoderma分離株の分類学的多様性と個体群動態を理解することには、決定的な空白が存在する。本研究は、生物学的防除および持続可能な農業のための菌株選定の情報を得るために、6つの異なる農業生態学的ゾーンにおける在来のTrichoderma種の多様性と生態学的分布を評価することにより、この空白に対処するものである。

方法論
本研究では、形態学的特性評価と分子系統解析を組み合わせた混合研究法を用いた：

• サンプリング： 6つの農業生態学的ゾーンを代表する12エーカーの区画（沿岸部（Kitere）、中央高原部（Bahi）、半乾燥地帯（Kahangara）、南部および西部高地（Makwale）、北部高地（Lower Moshi）、および沖積地（Msolwa））から土壌サンプルを採取した。2023年の乾季に、合計72個の複合土壌サンプルを収集した。
• 分離および形態学： ローズベンガル寒天培地を用いた逐次希釈法により、Trichoderma分離株を得た。当初、計105個の推定分離株が得られたが、詳細な形態学的特性評価の後、67の異なる形態学的グループを表す分離株をポテトデキストロース寒天培地（PDA）で純粋培養した。形態学的特性評価では、確立された分類学的キー（Bissett, Rifai, Samuels）に基づき、肉眼的特性（コロニーの色、成長速度、分生子形成パターン）および微視的特徴（分生子柄の分岐、フィアライドの形状、分生子の形態）を評価した。
• 分子解析： CTAB法を用いてゲノムDNAを抽出した。ITS（内部転写スペーサー）領域をプライマーITS1FおよびITS4Rを用いて増幅した。67の異なる分離株のうち、48の分離株が高品質な配列を提供し、さらなる解析に供された。配列はNCBIデータベースに対するBLASTnを用いて解析された。系統樹は、最尤法（Kimura-2-parameterモデル）を用い、1,000回のブートストラップ反復計算によって構築された。
• 統計解析： 土壌の物理化学的特性（テクスチャー、pH、有機物、電気伝導度）を測定した。多様性指数（シャノン、シンプソン、ピエルーの均等度）を算出した。種の分布と土壌因子の関係は、主座標分析（PCoA）および正準対応分析（CCA）を用いて解析した。

主な結果

• 種の同定： 分子解析により、9つの異なる種（T. harzianum（36分離株）、T. virens（4分離株）、T. longibrachiatum（2分離株）、およびT. erinaceum、T. atroviride、T. asperellum、T. koningiopsis、T. paraviridescens、T. pleurotiの単一分離株）が確認された。
• 系統学的クレード： 分離株は、主に4つのクレード（T. harzianumとT. pleurotiを含むHarzianum、Longibrachiatum、Virens、および残りの6種を含むViridae）にグループ化された。
• 分布と豊富さ：
  • T. harzianumは最も普遍的な種であり、全6つの農業生態学的ゾーンで見られ、最高の全体分離頻度（38.89%）を示した。
  • 沿岸部（Kitere）は、最も高い種多様性と均等度（Shannon H' = 1.21, Evenness J = 0.88）を示した。
  • 南部および西部高地（Makwale）は、単一の種（T. harzionale）によって完全に支配されており、多様性（H' = 0）および均等度はゼロであった。
  • 半乾燥地帯（Kahangara）は、高い多様性を示したが、沿岸部と比較して均等度は低かった。
• 環境要因：
  • 土壌の物理化学的特性がコミュニティの組成に有意な影響を与えた。
  • pH： 種の多様性と均等度と正の相関を示した。
  • 有機物（OM）および電気伝導度（EC）： 種の優占度とは正の相関があったが、多様性と均等度とは負の相関があった。これは、高いOMレベルおよび塩分濃度がコミュニティのバランスを低下させることを示唆している。
  • CCA解析： T. longibrachiatumは高い有機物に関連し、T. atrovirideおよびT. koningiopsisは高いpHに関連し、T. erinaceumは低いpHに関連していることが明らかになった。T. harzianumとT. virensは、特定の土壌因子との関連性が弱い、広域的なジェネラリスト（汎用種）として現れた。
• 遺伝的類似性： 集団内の遺伝的類似性は94%から100%の範囲であった。Makaleゾーンは100%の類似性（遺伝的に均一）を示し、Kahangaraゾーンは最も低い類似性（94%）を示し、高い遺伝的変異性を示した。最大の遺伝的分化（類似性93%）は、半乾燥地帯と中央高原部の間で観察された。

意義と影響
本研究は、現地の環境条件、特に土壌テクスチャー、pH、有機物、および電気伝導度が、タンザニアの稲作エコシステムにおけるTrichodermaコミュニティの構造、多様性、および遺伝的変異を形成する主要な要因であると結論付けている。

• 生態学的洞察： 本知見は、広く適応したジェネラリスト種（例：T. harzianum）と、環境特化型の分類群の両方の存在を強調している。特定のゾーン（Makaleなど）における単一種の優占は、強力な生態学的フィルタリングを示唆している。
• 応用の可能性： T. harzianumの広範な発生と適応能は、広範に効果的な生物学的防除剤としての潜在力を支持している。しかし、局所的に適応した種の存在は、単一の普遍的な菌株を使用するよりも、サイト固有の生物学的防除戦略の方が効果的である可能性を示唆している。
• 今後の方向性： 著者らは、本研究ではITS領域が十分な解像度を提供したが、遺伝的境界をさらに検証するためには、将来の研究においてマルチローカス配列解析を取り入れる必要があると強調している。さらに、これらの特定の在来分離株の拮抗活性および植物成長促進能を評価することが、持続可能な稲作のための効果的なバイオインノキュラント（生物資材）を開発するために推奨される。