東樹宏和 人間・環境学研究科助教を中心とする研究チームは、植物の根に共生する真菌類（きのこ・かび類）が形作る複雑な「相互作用ネットワーク」の構造を解析し、植物体内で繰り広げられる複雑な共生微生物間の関係性において、「中心核」となる種が存在することを発見しました。「中心核」となる微生物を特定するこの解析技術により、植物の生育を促す「善玉菌」の定着を促進したり、植物に寄生する「悪玉菌」を排除したりする技術の研究が加速すると期待されます。肥料や農薬の使用を抑えつつ植物の健康状態を制御する技術を発展させる上で、微生物を利用した新たな研究の方向性を示す成果と言えます。

本研究成果は、英科学誌「Journal of the Royal Society Interface」誌に掲載されました。

研究者からのコメント 本研究は、生物学と情報科学の融合によって成り立っています。分野融合研究は、立ち上げに時間がかかる上に、成功するかどうかもわからないので、一つの分野の課題に集中する場合に比べて不利な面もあります。しかし、リスクを負った挑戦だったからこそ、基礎科学としても応用科学としても、独自の視点を提示できたのではないかと思います。いっぽうで、今回の成果は今後の詳細な検証のための通過点に過ぎないという面もあります。より新奇性が高く、応用科学面でも将来性のある研究につなげて行きたいと思います。 この研究成果は育児休業を挟んで発表に漕ぎ着けました。支えていただいた職場の方々に感謝するとともに、国立大学における男性の育児休業取得率が今後向上していくことを願っています。

概要

動物や植物の健康状態は、体内に共生する細菌や真菌によって左右されています。身近な例で言えば、ヨーグルトに含まれるビフィズス菌の摂取によって、病原性大腸菌O157の感染から身を守ることができます。植物においても、「菌根菌」という真菌類が根に感染することによって、宿主植物の生育が促され、病原性生物による悪影響も抑えられることが繰り返し報告されてきました。こうした菌根菌たちが農林業に及ぼす効果は絶大であると考えられており、これまで、どの植物種にどの菌根菌が適しているのか、膨大な研究が積み重ねられてきました。しかし、菌根菌の多くは培養するのが難しく、また、たとえ農地に撒いたとしても、植物と安定した関係を結んでくれるとは限りません。さらに、菌根菌のほかにも、数えきれない種類の「内生菌」と呼ばれる真菌たちが植物体内に共生していることが近年わかってきており、植物体内の微生物相の制御は極めて難しい課題とされてきました。

そこで、東樹助教を中心とするグループは、真菌たちが構成する「相互作用のネットワーク」に着目し、DNAバーコーディングという技術で得られた膨大なデータを解析しました。その結果、一見複雑な植物体内の微生物相であっても、ごく少数の「仲良し菌グループ」に分類されることを発見しました。さらに重要なことに、この「仲良し菌グループ」のそれぞれには、「中心核」となる種が存在することがわかりました。こうした「中心核」の種をグループの「まとめ役」として利用することで、植物と菌根菌や植物と病原菌の関係を全体的に制御できる可能性があります。この「中心核」種には、菌根菌よりも培養が容易と考えられる内生菌が含まれており、これまで注目を集めてこなかった生物を効率的に利用する道が拓けると期待されます。

詳しい研究内容について

書誌情報

[DOI] http://dx.doi.org/10.1098/rsif.2015.1097

Hirokazu Toju, Satoshi Yamamoto, Akifumi S. Tanabe, Takashi Hayakawa, Hiroshi S. Ishii

"Network modules and hubs in plant-root fungal biomes"

Journal of the Royal Society Interface, Published 9 March 2016