由名古屋大學大學院生命農學研究科的竹本大吾副教授和黑柳輝彥（研究生）、小鹿一教授等組成的研究團隊宣佈闡明瞭灰葡萄孢菌（Botrytis cinerea）高效傳染多種植物（多犯性）的機制。研究團隊透過調查植物的抗菌物質是如何作用於灰葡萄孢菌後發現，灰葡萄孢菌可以透過不同的機制，躲避不同植物的防禦系統從而傳染植物。該成果有望應用於對付灰葡萄孢菌的防治上，相關成果也於刊登在2022年12月21日的國際學術雜誌《PNAS Nexus》上。
灰葡萄孢菌具有傳染多種植物的能力（多犯性），每年給全球農業帶來的有效能損失據估算高達數萬億日元。一般的植物病菌大都只會傳染特定的植物並引發植物疾病，而灰葡萄孢菌則能傳染番茄、茄子、青椒、草莓、葡萄、玫瑰、洋蘭等多達1400多種的水果、蔬菜、花卉。科學家認爲這種現象是因爲灰葡萄孢菌能突破各類植物自帶的抗菌防禦階層所致，而灰葡萄孢菌是如何發揮多犯性的則一直未能明確。
此次，研究團隊針對灰葡萄孢菌是如何因應植物抵抗病原菌所產生的抗菌物質的機制，進行了研究。
病害蟲的攻擊會激活植物的抵抗性。例如，番茄和馬鈴薯會生成日齊素，青椒會生成椒二醇等倍半萜類抗菌物質。
將這類抗菌物質添加到灰葡萄孢菌中觀察其變化，結果顯示，椒二醇因爲脫氫和氧化變成了對灰葡萄孢菌無害的環氧椒二醇；日齊素因爲氧化分解成了對灰葡萄孢菌毒性降低的環氧日齊素或氫氧日齊素。
爲了調查與上述分解反應相關的灰葡萄孢菌基因，研究團隊在灰葡萄孢菌中分別添加了椒二醇、日齊素、白藜蘆醇（葡萄的抗菌物質），24小時後透過RNAseq分析調查了表達量發生變化的基因。
結果顯示，椒二醇、日齊素、白藜蘆醇分別被不同的酶所分解。而且在灰葡萄孢菌所擁有的約1萬2000個基因中，只有大約20多個基因被不同的抗菌物質激活。2種抗菌物質共同激活的基因僅數個，沒有3種抗菌物質共同激活的基因，由此可以斷定不同抗菌物質激活的灰葡萄孢菌基因是不同的。
另外，研究團隊透過詳細調查灰葡萄孢菌對椒二醇的反應，發現了讓椒二醇脫氫的酶基因BcCPDH。破壞了該基因的灰葡萄孢菌會變得無法解毒椒二醇，對青椒的致病性降低。讓其他各種植物傳染這種破壞了BcCPDH基因的灰葡萄孢菌，結果發現除了能夠生成椒二醇的植物，這種灰葡萄孢菌的致病性不會降低。由此說明BcCPDH基因是在灰葡萄孢菌病菌侵入植物時被激活的。
研究團隊進一步調查了BcCPDH基因的同源性基因在細菌的世界裏是如何分佈的，結果發現，在近緣種（Botrytis屬）中只有灰葡萄孢菌擁有這種基因，可能只有灰葡萄孢菌實施了特殊的演化。根據演化分支出的幾種病原菌都具有非常相似的基因這一點來判斷，灰葡萄孢菌可能是在演化程序中，透過從其他微生物處平移獲得了BcCPD基因。
此外，研究團隊還發現了能氧化日齊素的基因、以及日齊素作用於病菌時從細胞中向外排出日齊素、起到壓力泵作用的基因等。
結果就是：灰葡萄孢菌在傳染多種植物時，以植物爲了擊退病原菌而產生的抗菌物質爲標靶，透過激活相對應的傳染機制，成功實施了對植物的傳染。
竹本準教授指出「本次研究成果有助於開發對人、動物及環境微生物無害的安全有效的RNA農藥，我們已經開始在實驗室内進行RNA農藥的效果解析研究。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：PNAS Nexus
論文：Botrytis cinerea identifies host plants via the recognition of antifungal capsidiol to induce expression of a specific detoxification gene
DOI：doi.org/10.1093/pnasnexus/pgac274
