Rhizobacterial volatile organic compounds from perennial wheat and their potential to suppress phytopathogenic fungi
本研究は、多年生小麦から分離された根圏細菌株が、揮発性有機化合物、特にジメチルジスルフィドおよびジメチルトリスルフィドを主要な抑制因子として放出することにより、植物病原真菌、とりわけ*Aspergillus flavus*を抑制することを実証している。
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何世紀もの間、農家は穀物を畑で腐らせ、貯蔵中に台無しにする真菌による病害との静かな戦いを続けてきました。フザリウムやアスペルギルス感染を引き起こす真菌のような、これら微細な侵入者は、収穫を壊滅させ、食料安全保障を脅かす可能性があります。世界的な気候変動に伴い、これらの脅威はより予測困難になると予想されており、科学者たちは従来の化学スプレー以外の解決策に目を向けることを余儀なくされています。一つの有望な道は、土壌そのもの、特に植物の根とそこに生息する細菌との間で繰り広げられる目に見えない化学的な対話の中にあります。植物生育促進根圏細菌として知られる特定の有益な細菌は、単に植物の栄養吸収を助けるだけでなく、「揮発性有機化合物」と呼ばれる目に見えないガスの雲を放出します。これらのガスは空気中を移動して自然の武器として機能し、毒性のある化学物質を使用することなく、有害な真菌の増殖を抑制することができます。
イタリアのパルマ大学の研究者たちは、この独特な種類の作物である多年生小麦を用いて、この自然の防御システムを調査することに決めました。私たちが普段食べている、年に一度収穫して植え直す小麦とは異なり、多年生小麦は何年も生き続け、深く複雑な根系を発達させることで、豊かな土壌細菌のコミュニースタイルを育みます。研究チームは、以前からダイナミックで活発な地下エコシステムを示していた「OK72」と呼ばれるこの作物の特定の系統に焦点を当てました。彼らはこの小麦の根から10種類の異なる細菌株を分離し、これらの細菌が放出するガスが、3種類の危険な真菌種（Aspergillus flavus、Fusarium proliferatum、および Fusarium verticillioides）の増殖を阻止できるかどうかを検証しました。直接的な接触や液体化学物質の影響ではなく、ガスのみの効果を確実に測定するために、科学者たちは細菌と真菌を別々の皿に入れ、空気だけが両者の間を通過できるように密閉しました。
結果は、細菌のガスが確かに効果的であることを示しましたが、その威力は特定の細菌や特定の真菌によって異なりました。密閉された環境において、細菌の放出物は、真菌の増殖をゼロから最大で47パーセント近くまで遅らせました。一部の細菌株は、一つのタイプの真菌を高い精度で標的にするスペシャリストとして機能し、一方で他の株は、すべての3種に対して幅広い保護を提供するジェネラリストとして振る舞いました。この差異は、自然界がすでに多様な生物学的エージェントのツールキットを提供しており、それぞれが独自の防御戦略を持っていることを示唆しています。研究者たちは次に、正確にどのガスがこの抑制に関与しているのかを特定することに注力しました。敏感な装置を用いて空気中の化学的シグネチャーを嗅ぎ分けることで、様々な実験を通じて46種類の異なる揮発性化合物を検出しました。
分析の結果、特定の化学物質と防御の成功との間に明確なパターンがあることが明らかになりました。生成されるガスの総量は、真菌の抑制がどの程度うまくいくかを完全には予測しませんでしたが、特定の硫黄含有化合物の存在は予測に寄与しました。具体的には、ジメチルジスルフィドとジメチルトリスルフィドという2つのガスが、細菌がAspergillus flavusの増殖を抑制することに成功した際に、一貫して空気中に現れました。これらの硫黄化合物は、細菌が真菌の抑制に失敗した際には存在しませんでした。この発見は、これらの硫黄ガスがおそらく真菌の細胞壁を損傷するか、あるいは内部のバランスを乱すことで、効果的に増殖を停止させるという、特定の化学的メカニズムを指し示しています。興味深いことに、本研究では、アセトインという別の化合物が、細菌が真菌の阻止に失敗した際に現れる傾向があることも判明しました。これは、細菌が勝っているのではなく、苦戦している兆候である可能性を示唆しています。
この研究では、あらゆる状況に作用する単一の「魔法の弾丸」となるガスは見つかりませんでした。むしろ、得られた証拠は、細菌が複雑な化学物質の混合物を放出し、このブレンドの有効性は、関与する細菌と真菌の特定の組み合わせに依存していることを示唆しています。硫黄化合物が主要な病原体に対して重要な役割を果たしていることが際立っていた一方で、混合物中に検出された他のガス、例えば特定のアルコールやケトンなどは、他の研究において抗真菌特性を持つことが知られています。研究者たちは、観察された保護作用はおそらく、単一の支配的な化学物質によるものではなく、いくつかの異なるガスが共に作用することによるものであると結論付けました。この研究は、多年生小麦の根圏細菌が天然の生物制御剤の供給源となり得ることを強調しており、土壌の化学的な言語を活用することで、真菌病から作物を守る持続可能な方法を提示しています。
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