Cultivation-dependent transcriptomic reprogramming and insecticidal performance of Beauveria bassiana A1 from solid-state and submerged cultures
本研究は、固態発酵と液体発酵が、特に二次代謝および細胞外分解遺伝子に影響を及ぼすことで、Beauveria bassiana A1において異なるトランスクリプトーム再プログラミングを誘導するものの、両方の培養法は最終的に高濃度においてPlutella xylostellaに対する同等の殺虫効力を有する胞子をもたらすことを示しており、生物農薬生産のためのスケーラブルな代替案としての液体発酵の可能性を支持するものである。
原論文は CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) でライセンスされています。 これは査読を受けていないプレプリントのAI生成解説です。医学的助言ではありません。この内容に基づいて健康上の判断をしないでください。 免責事項の全文を読む
農業の世界において、農家は絶え間ない敵に直面することがよくあります。それは、収穫されるよりも速いスピードで農作物を食い荒らす昆虫たちです。強力な化学薬品を使わずにこれに対抗するため、科学者たちは自然界自身の捕食者、具体的には「ボーベリア・バシアナ（Beauveria bassiana）」と呼ばれる微小な真菌に目を向けます。この真菌は生物学的兵器として機能し、昆虫を探し当て、その体に付着して、昆虫が死に至るまで体内で成長していきます。その後、真菌は体から突き破って出てき、数百万もの小さな胞子を放出して新たな犠牲者を探します。これが現実の世界で機能するためには、農家はこれらの胞子を大量に必要とするため、科学者は真菌を大量のバッチで栽培しなければなりません。
これらの真菌の軍隊を育てるには、主に2つの方法があります。第一の方法は「固形発酵」として知られ、温かく湿ったオーブンの中でパンを焼くようなものです。真菌は湿った穀物や農業廃棄物の上で成長し、昆虫のワックス状の皮膚に付着しやすい、乾燥したふわふわとした胞子の層を作り出します。第二の方法は「液体発酵」で、これはビールを醸造するのに似ています。真菌は巨大な液体のタンクの中で成長し、そこでは科学者が温度、酸素、栄養素を精密に制御できます。液体による方法は規模の拡大や自動化が容易ですが、そこにはある疑念がつきまとっていました。水の中で育つことで、真菌の「性格」が変わってしまうのではないか？ 穀物で育てられたものと比較して、液体で育てられた胞子は昆虫を殺す能力が低くなってしまうのではないか？ ということです。
国立台湾大学の研究チームは、単にどれだけの数の胞子が生産されるかだけでなく、その中にある遺伝的な指示書を見ることで、この疑問に答えようとしました。彼らは同じ系統のボーベリア・バシアナを、固形の穀物環境と液体のタンクの両方で栽培しました。胞子が準備できたら、彼らは真菌の遺伝コードを深く掘り下げ、それぞれの環境においてどの遺伝子がオンまたはオフになっているのかを調査しました。その結果、これら2つのグループの真菌は、全く異なる生活を送っていることが分かりました。固形の穀物で育った胞子は、硬い物質を分解するために設計された膨大な遺伝子群をオンにしていました。これらの遺伝子は強力な酵素、つまり分子レベルのハサミのように機能し、昆虫の硬い外殻を切り裂くことができる生物学的な道具を作り出します。また、真菌が競合し、自らを守るために役立つ二次化学物質を作るための遺伝子も活性化させていました。
対照的に、液体のタンクで育った胞子は、異なる優先事項を持っていました。彼らの遺伝活動は、鉄（液体環境では不足しがちな栄養素）を見つけ出し吸収すること、そして特定の毒素を生成することに集中していました。彼らは、固形で育った胞子が持っていたような、重装備の「切断ツール」をオンにしていませんでした。このことは、液体で育った胞子が、昆虫の鎧を噛み砕いて突き進むという即座の任務に対して、十分に準備ができていない可能性を示唆していました。研究者たちはこの仮説を検証するため、両方のタイプの胞子を、一般的な野菜の害虫であるコナガラの幼虫に散布しました。彼らは、胞子の量を少ない量から非常に多い量まで、異なる濃度で用いました。
結果は、最終的な結末については違いがないものの、タイミングにおける明確な違いを示しました。中程度の量の胞子を用いた場合、固形の穀物で育った胞子の方が、昆虫を殺す速度がわずかに速かったのです。固形の穀物で育った胞子は、接触した直後に昆虫の殻を攻撃するように遺伝的に準備されていたため、幼虫はより早く死に至りました。液体のタンクで育った胞子は、開始までに少し時間がかかりましたが、これはおそらく、昆虫に着地した後に自らの切断ツールを稼働させる必要があったためと考えられます。しかし、研究者が高濃度の胞子を用いたとき、その差は消滅しました。この高用量では、どちらのタイプの胞子も3日以内にすべての昆虫を死滅させました。圧倒的な数の攻撃者がいたため、胞子が即座に行動できるよう遺伝的に準備されていたかどうかにかかわらず、昆虫は打ち負かされたのです。
この発見は、液体の方法による真菌の栽培が、適用戦略を調整すれば、生物農薬を作るための実行可能な代替手段であることを示唆しています。固形の胞子がスピードにおいてリードする場合がある一方で、液体の胞子も、十分な量を散布すれば同様に致命的となります。この研究は、育った環境による遺伝的な違いが、攻撃の成功そのものではなく、攻撃の「速度」を変えることを示しています。農家や製造業者にとって、これは、もし十分な密度の胞子を農作物に届けることが保証されているならば、より容易で制御しやすい液体の方法を用いて、これらの生物的防除剤を生産できることを意味します。真菌は依然として強力な道具であり、その有効性は、どこで生まれたかよりも、どれだけの数の兵士を戦場に送り込むかにかかっているのです。
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