Globisporangium concavum sp. nov. and three oomycete species causing rhizome rot of lotus (Nelumbo nucifera) in Japan

日本の水田の静かで湿った隅々では、蓮として知られる多年生の水生植物が繁茂しており、その厚みのある食用根は食材として収穫される。これらの根は「レンコン」と呼ばれ、スーパーマーケットで定番の商品として扱われ、そのシャキシャキとした食感を維持するために、しばしば新鮮な状態で涼しい環境に保管されて販売される。しかし、多くの収穫作物と同様に、それらは目に見えない侵入者に対して脆弱である。これらの中で最も一般的なものの一つが、水カビ類であり、これは真菌（菌類）に似た外見と挙動を示すが、明確に異なる生物学的科に属する生物群である。真の真菌の細胞壁はキチン質でできているが、水カビは植物の細胞壁と同じ硬い素材であるセルロースで細胞壁を構築している。これらの微小な生物は農作物の腐敗を引き起こすことで悪名高く、特に湿った環境において顕著であり、植物が掘り上げられて貯蔵場所に置かれた後であっても襲いかかることがある。どの種が特定の作物に攻撃を仕掛けているのかを正確に理解することは、農家や食品生産者にとって極めて重要である。なぜなら、種によって損失を防ぐための管理戦略が異なる可能性があるからである。

岐阜大学の研究者たちは最近、冷蔵貯蔵中に腐敗し始めたレンコンに注目した。201 4年から2017年の間に、彼らは、根に柔らかい黒色の腐敗とふわふわとした白い成長が見られたスーパーマーケットからサンプルを収集した。この腐敗の原因となっている生物を注意深く分離することにより、研究チームは5つの異なる系統の水カビを特定した。これら5つの系統すべてが、健康なレンコンの組織に導入された際に病気を引き起こす能力があることが証明されたが、それは切創や刺創などの傷がある場合に限られていた。この発見は、特定の脆弱性を浮き彫りにしている。すなわち、病原体は根の無傷の皮を容易に貫通することはできないが、収穫や取り扱いの際に発生しやすい「障壁が破れた状態」になると、旺盛に繁殖するのである。

調査の結果、既知および未知の犯人が混在していることが明らかになった。分離された系統のうち3つは、すでに科学的に知られている種であった。一つは、以前にイネの苗に感染することが知られていたGlobisporangium oryzicolaであり、二つは、日本や中国におけるレンコン腐敗に関連付けられている既存のカビであるPhytopythium helicoidesであり、一つは一般的な土壌生病原体であるPythium dissotocumであった。これらの3種がレンコンで見つかったことは、この病気が、同様の湿った環境で栽培される異なる作物間を飛び移ることができる多様な生物群によって引き起こされていることを裏付けている。しかし、最も重要な発見は、既知のどの種とも一致しなかった4番目の系統であった。この生物は「系統GK16Ren2」と指定され、新種の水カビであるGlobisporangium concavumとして研究者によって命名された。

この新しい生物が本当に独特なものであることを確認するために、科学者たちはその微細な特徴を調べ、その近縁種と比較した。顕微鏡下では、新種は「遊胞子」として知られる生殖細胞を保持する球状の構造体を形成した。それを特徴づけていたのは、これらの構造を取り囲む壁の形状であった。ほとんどの近縁種は滑らかな壁を持っているが、Globisporangium concavumの壁は顕著に凹んでいたり、あるいは窪んでいたりして、中が空洞になったような外観を与えていた。さらに、この新種は、その糸状の体の沿って、レモンのような形をした膨らんだ突起を豊富に生成しており、これはその最も近い既知の近縁種では稀に見られる特徴であった。DNAの遺伝学的解析も、この生物が水カビの系統樹において、他のすべての既知の種とは異なる独自の枝を占めていることを裏付けた。

研究者たちはまた、貯蔵中の挙動を理解するために、これらの生物が異なる温度でどの程度よく成長するかをテストした。新種であるGlobisporangium concavumは、近縁種であるGlobisporangium oryzicolaの最低温度よりも低い、摂氏3度という低温でも成長することができた。この低温での成長能力は、なぜ冷蔵貯蔵中に腐敗が発生したのかを説明している。冷蔵貯蔵では、通常、レンコンを保存するために温度が低く保たれているからである。実際、この病気は室温よりもこれらの低温下でより深刻であった。これは、レンコンを新鮮に保つための目的である低温貯蔵が、意図せずしてこれらの特定の病原体の成長を助長している可能性を示唆している。

本研究は、Globisporangium oryzicola、Globisporangium concavum、およびPythium dissotocumがレンコンの根腐れの原因であることを初めて確認した報告である。新種であるGlobisporangium concavumの特定は、この重要な作物に影響を与えるポストハーベスト（収穫後）疾患に関するパズルの重要なピースを加えるものである。傷を必要とする感染性や低温での成長能力といった、これらの生物の具体的な特性を特定することで、本研究の結果は、植物の健康に影響を与える生物学的な課題についてのより明確な全体像を提供している。この研究は、制御された貯蔵環境においてさえ、多様な微生物の集団が食料安全保障を脅かす可能性があること、そして新種の発見が植物の健康に関する研究において継続的なプロセスであることを強調している。