First report of Fusarium nygamai causing pigeon pea wilt across Uttar Pradesh

インド、ウッタル・プラデーシュ州の農地では、極めて重要な食料作物と目に見えない敵との間で、静かな闘いが繰り広げられています。その作物は、アジアやアフリカの何百万人もの人々にとって重要なタンパク質と栄養の源である、強靭なマメ科植物のキマメ（ピジョンピー）です。この植物は回復力がありますが、「萎凋病（いちょうびょう）」として知られる壊滅的な脅威に直面しています。この病状は、土壌中に生息し、植物の内部の配管に侵入する菌類によって引き起こされます。一度内部に入り込むと、これらの微小な侵入者は水分を運ぶ管を詰まらせ、葉を黄色に変色させ、茎を黒ずませ、植物全体を枯死させます。数十年にわたり、農家や科学者たちは、特定の菌類がこれらの損失の主な原因であり、それは長い間 Fusarium udum として特定されてきたことを知っていました。しかし、地下で何が起きているのかという全容は不完全なまま残されており、栽培者たちは直面している脅威の完全な姿を知らされないままの状態にありました。

インド全土の大学や研究機関のチームは、ウッタル・プラデーシュ州のキマメ作物に襲いかかる菌類の真の正体を突き止めるべく動き出しました。彼らは16の異なる地区を巡り、典型的な萎凋の兆候を示す病んだ植物からサンプルを採取しました。研究所では、死にゆく植物の根や茎から菌類を慎重に抽出しました。土壌と感染した組織から、彼らは97種類の異なる菌株を分離しました。どの菌株が最も危険であるかを理解するために、科学者たちは、菌類が植物を分解するために用いるツールに着目しました。彼らは、植物の硬い細胞壁を切り裂いて菌類が侵入し栄養を摂取することを可能にする「分子のハサミ」として機能する、2つの特定の酵素の活性を測定しました。その結果、多くの菌株が存在する一方で、これら破壊的な酵素を生成する能力が特に高いのは、わずか5種類であることが判明しました。

研究者たちは、これら5つの攻撃的な菌株をテストにかけました。彼らは、耐性があることが分かっている種と、非常に感受性が高い種の両方を含む、制御された環境下でキマメの種を栽培しました。そこに菌類を導入したところ、結果は明白でした。「Rj」と名付けられたある菌株は、耐性種と感受性種の両方において、最も高い感染率と最も深刻な萎凋を引き起こし、最も破壊的であることが証明されました。この致命的な菌株が正確に何であるかを特定するため、科学者たちは遺伝子解析を行いました。彼らは菌類のDNAを調べ、特定の遺伝配列をグローバルなデータベースと比較しました。その結果、驚くべき発見がありました。最も毒性の強い菌株であるRjは、予想されていた Fusarium udum ではなく、Fusarium nygamai と呼ばれる種に属していたのです。この特定の菌類がキマメの萎凋の原因として特定されたのは、これが初めてのことでした。Fusarium udum も依然として存在し有害ではありましたが、Fusarium nygamai は新たな強力な脅威として浮上し、テストされた菌株の中で最も高い病害重症度指数を引き起こすことができました。

研究はさらに、これら2種類の異なる菌類が同時に植物を攻撃したときに何が起きるかについても調査を進めました。研究者たちは、Fusarium udum 単独、Fusarium nygamai 単独、そして両方の組み合わせでキマメに接種を行いました。両方の菌類に感染した植物は、最悪の運命を辿りました。病気がより速く広がり、どちらか一方の菌が単独で作用する場合よりも深刻に萎凋しました。これは、2つの病原体が協力して病状を悪化させていることを示唆しており、これは「相乗効果」と呼ばれる現象です。感染した植物の内部で、科学者たちはこの攻撃によって引き起こされる物理的な損傷を観察しました。茎の内部組織は茶色に変色して崩壊し、水分を運ぶ導管は菌類の糸によって塞がれていました。この閉塞によって葉に水が行き渡らなくなり、植物の急速な死を招いたのです。

この感染による影響は、植物の化学組成にも現れていました。感染した植物は、食物を作るために不可欠な緑色の色素であるクロロフィルが急激に減少しており、それによって葉が褪色し死滅していました。同時に、植物はストレスへの反応として生成する化合物であるプロリンのレベルを高め、細胞損傷を示す有害な分子である活性酸素種（ROS）のレベルも上昇させていました。耐性品種のキマメは抵抗力を示す能力を持っていましたが、それでもこれらの菌類に攻撃されると、草丈、根の長さ、および種子の生産量において大幅な成長減少を被りました。今回の知見は、キマメの病害の状況がこれまで考えられていたよりも複雑であることを裏付けています。問題を引き起こしているのは単一の菌類ではなく、Fusarium nygamai を含む複数の種の混合であり、それらが単独または他の菌と組み合わさって作物を壊滅させ得るのです。この発見は、農家や科学者に敵のより明確な理解を提供し、この不可欠な食料源を守るためのより優れた戦略を開発するための必要な基盤を提供するものです。