理化学研究所,金沢大学,科学技術振興機構(JST)

2026(令和8)年2月13日

理化学研究所
金沢大学
科学技術振興機構(JST)

カビが植物の硬い壁を突き破る力の正体を解明

~糸状菌の新規ポリマーが生物界屈指の膨圧を制御~

理化学研究所(理研) 環境資源科学研究センター 植物免疫研究グループの熊倉 直祐 上級研究員、白須 賢 グループディレクター、金沢大学 理工研究域フロンティア工学系/ナノ生命科学研究所(WPI-NanoLSI)の宮澤 佳甫 助教らの国際共同研究グループは、植物病原菌(糸状菌)における膨圧発生に必要な新規遺伝子ペアを発見し、これが新規ポリマーの生合成を通じて感染に必要な膨圧を制御することを明らかにしました。

本研究成果は、細胞における膨圧発生メカニズムの理解を深めるとともに、病原性のみを抑制する低環境負荷型農薬の開発に貢献することが期待されます。

今回、国際共同研究グループは、植物病原糸状菌(カビ)が宿主植物に侵入する際に形成する感染用の細胞「アプレッソリア(付着器)」に着目しました。アプレッソリアは、車のタイヤの空気圧の約40倍にもおよぶ生物界屈指の高い膨圧を生み出し、その力で硬い植物表面を突き破り、感染を可能にします。

国際共同研究グループは、アプレッソリア形成時に遺伝子発現が上昇する機能未知の遺伝子を、独自に開発したゲノム編集技術で破壊し、病原性に寄与する遺伝子のスクリーニングを行いました。その結果、膨圧形成に必須な2次代謝物生合成酵素ペアであるPKS2およびPBG13を同定しました。さらに、PKS2およびPBG13はジヒドロキシヘキサン酸(dihydroxyhexanoic acid:DHHA)をモノマー(単量体)単位とするポリマー(重合体)を生合成することで、アプレッソリアの膨圧形成に寄与することを明らかにしました。

本研究は、科学雑誌「Science」オンライン版(現地時間2026年2月12日付)に掲載されました。

本研究は、科学技術振興機構(JST) 戦略的創造研究推進事業 さきがけ「アプレッソリアを遊ぶ:生物界屈指の膨圧・接着力制御(研究代表者:熊倉 直祐、JPMJPR24O5)」、同 戦略的創造研究推進事業 ACT-X「遺伝子多重破壊法を用いた感染メカニズムの網羅的解明(研究代表者:熊倉 直祐、JPMJAX20B4)」、同 戦略的創造研究推進事業 ACT-X「生物の表面と内部を可視化する超解像液中AFM(研究代表者:宮澤 佳甫、JPMJAX20BH)」、同 革新的GX技術創出事業「GXを駆動する微生物・植物「相互作用育種」の基盤構築(研究代表者:野村 暢彦、主たる共同研究者:白須 賢、JPMJGX23B2)」、日本学術振興会(JSPS)科学研究費助成事業国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(A))「ケミカルバイオロジーを用いた植物病原糸状菌のEV分泌機構の解明(研究代表者:熊倉直祐、協力者:Richard O’Connell、JP19KK0397)」、同若手研究「植物病原糸状菌の病原性に寄与する二次代謝物の同定と機能解明(研究代表者:熊倉直祐、JP20K15500)」、理化学研究所基礎科学特別研究員制度「糸状菌の病原性を指標にした「獲得形質の遺伝」メカニズムの解明(研究代表者:熊倉直祐)」、RIKEN Incentive Research Project 「Structural analysis of the PKS2-PBG13 biochemical reaction essential for turgor generation in plant-pathogenic fungi: towards novel disease control strategies(研究代表者:熊倉直祐)」「Establishment of biochemical reaction system and inhibitor screening of a pair of secondary metabolite-related enzymes that are essential for infection of plant pathogenic fungi(研究代表者:熊倉直祐、分担者:本山高幸)」、金沢大学ナノ生命科学研究所Bio-SPM技術共同研究事業「植物病原糸状菌付着器の高い膨圧発生を可能にする細胞壁の解析(研究代表者:熊倉直祐、受入研究者:宮澤佳甫)」、JSPS科学研究費助成事業基盤研究(C)「植物病原糸状菌感染に寄与する非リボソームペプチド合成酵素の生産物同定と機能解明(研究代表者:熊倉直祐、JP23K05158)」「「共生糸状菌」からの二次代謝産物発掘および生物間相互作用における役割の解明(研究代表者:本山高幸、JP20K05820)」、同若手研究「ケミカルジェネティクスを用いた植物病原糸状菌のエフェクター分泌機構の解明(研究代表者:熊倉直祐、JP18K14440)」、同特別研究員奨励費「植物病原糸状菌の感染段階移行時に宿主細胞死が引き起こされるメカニズムの解明(研究代表者:米原克磨、JP24KJ0633)」、同学術変革領域研究(学術研究支援基盤形成)「先端バイオイメージング支援プラットフォーム(研究分担者:豊岡公徳、JP22H04926)」、同基盤研究(A)「アポプラストにおける植物-病原体相互作用(研究代表者:白須賢、JP22H00364)」、同学術変革領域研究(A)「不均一土壌環境に応答した寄生植物の感染統御機構(研究分担者:白須賢、JP20H05909)」、文部科学省世界トップレベル研究拠点プログラム(WPI)(金沢大学ナノ生命科学研究所)、理化学研究所TRIPイニシアチブによる助成、ならびに理化学研究所環境資源科学研究センター質量分析・顕微鏡ユニットおよび分子構造解析ユニットの支援を受けて行われました。

<プレスリリース資料>

<論文タイトル>

“Dihydroxyhexanoic acid biosynthesis controls turgor in pathogenic fungi”
DOI:10.1126/science.aec9443

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