第７期第第4 回創発セミナー報告
告―植物を支―支える微生生物と共生――
大隅基礎
礎科学創成財財団は 2024 年 2 月 20 日
日午後 4 時かから、理化学学研究所の林誠
誠氏と東京大大学の晝間敬氏をを講師に迎ええて創発セミナーをオンンライン形式で開きました。視聴者はは 105 人。
以下にそその要旨を報報告します。
（司会は財団団の飯田秀利
利理事）
益財団法人大 隅基礎科学創創成財団
公益理事 大谷 清

講演１『植物の土土壌微生物物との細胞内共生生：その機機構と進化化』
理化学研
研究所環境資源源科学研究セセンター
チー ムリーダー 林

誠

誠氏のプロフィール ■■ 林誠
1996：東京大学大大学院理学系系研究科 博士
士課程修了
究所 基礎科学特別研究員
員
1996：理化学研究大学院工学研研究科 助手
1997：大阪大学大ン大学生物学学部 W2 教授
授
2006：ミュンヘン
資源研究所植植物科学研究究領域 ユニット⻑
2008：農業生物資
究所環境資源源科学研究セセンター チーームリーダーー（現職）2014：理化学研究■ 講 演 要 旨 ■陸上植植物の大部分分は、土壌中中の水分や栄栄養を効率よく吸収するため菌根菌 と共生する。
。一方、ダイズななどのマメ科科植物の多くは根粒菌と 共生し、大気中の窒素を栄養としてて利用できるる。マメ科植物だだけなくイネ
ネ、コムギ、トウモロコ シなどの穀穀物と根粒菌が共生できれれば窒素肥料料の大幅な使用削削減が可能ととなり、生態態系に優しいい持続的な農業が実現できる。そこで
で我々は根粒粒共生の分子機構構を明らかににするととももに、マメ科科植物と根粒粒菌との共生における進化化的要因を探探った。
多くのの陸上植物はは菌根菌とはは共生するがが、根粒菌とは共生できない。なぜマ
マメ科植物だだけが根粒菌と共共生できるののか。
マメ科科植物の根かから特定の物物質が分泌さ れると、根根粒菌はそれを感知して自自らの存在をを知らせる物質をを出し、そのの物質を受けけ取ったマメ 科植物が根根粒を形成、その根粒の細細胞内に根粒粒菌が入り、大気気中の窒素固固定を始めるる。しかしママメ科植物のどの遺伝子が根粒菌とのの共生に必要要なのかがわかららない。この 20 年ほどのの間に、我々を中の研究者がが共生に必要要な遺伝子をを同定し、を含め世界中共生がどどのように始始まるかがわわかってきたた。
マメ科科植物のゲノノムに変異をを起こさせ、 その中から根粒菌と共生生できないもものをみつけけることで、共生生に必要な遺遺伝子を特定定する研究がが進んだ。その結果、20 個ほどの遺伝伝子が根粒の形成初

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期に必要要な遺伝子でであること、そしてそののほとんどが菌根菌との共共生でもはたたらく共通共共生遺伝子である
ることが明ららかになった
た。
生物のの進化においいて全く新ししい遺伝子がができることは基本的にはありえないいと言われてている。
では根粒粒菌と共生でできるようにに進化した遺遺伝子は何か。それは共通通共生遺伝子子ではなく、根粒菌との共生生にだけ働くく遺伝子で、その一つがが NIN と呼ばばれる転写因因子の遺伝子子だ。転写因因子とはDNA に結合して特定の遺伝子の発現をコンントロールすするタンパクク質だ。
はこの NIN がゲノム上のがのどこに結合合しているののかを調べた
たところ、側根根を作る遺伝伝子であ我々はる ASL118 を誘導することがわかかった。NINN が発現のススイッチをオオンにする他他の遺伝子をを探すとNF-YA1
1 と NF-B1 という２つのの遺伝子が見見つかり、合合わせて３つつの遺伝子がが発現、誘導され、根粒を作っっていることとがわかったた。
なぜママメ科植物ににだけ根粒菌菌との共生がができるのか。その問いの答えとしててはマメ科植植物にはもともとと菌根菌と共共生するシスステム、側根根を作るメカニズムがあっった。そこへへ NIN という既存の遺伝子ををを介して根根粒菌との共共生に働くよ うなメカニズムができ、、根粒菌とのの共生が進化化してきたのでははないだろううか。
我々のの研究の動機
機は基礎研究究だが、マメ 科植物と根根粒菌の仕組みをイネ、ココムギ、トウウモロコ
シなどにに導入できれれば窒素肥料料の大幅な削削減、食料や地球環境の問題解決に貢貢献できる。
。世界のイネ、コ
コムギ、トウウモロコシのの生産だけでで窒素とリン肥料の半分が使われていいると言われれる。温室効果ガ
ガスの 3 分のの 1 は農業にによるものとと言われる。プラネタリーー・バウンダ
ダリー（地球の限界）
危機を解解決するためめにも、根粒粒菌による窒窒素固定はますます重要になる。
以上

講演２『植物と内内生糸状菌との共共生：圃場
場から実験験室まで』
東京大学大大学院総合文化化研究科生命命環境系
准教授 晝間晝敬■ 晝間
間敬氏のプロフィール ■2012：京京都大学大学学院農学研究究科 博士課程程修了
2012-14
4：マックスプランク研究
究所植物育種
種学研究所（日本本学術振興会会海外特別研研究員）
2014-20
020：奈良先
先端科学技術大学院大学

助教

2020-：東京大学大学院総合文化化研究科生命命環境系 准教授（現職准職）■ 講 演 要 旨 ■野外ででの植物は多多彩な内生糸糸状菌と相互互作用していいる。私たち
ちは内生糸状状菌 Colleto
totrichumtofieldiaae (Ct)が実験室内だけでなく複数 の圃場でアブラナ科植物物の成⻑を促促すことを見見出している。そそのような圃圃場で見出しした現象の基基盤についてて、実験室における実験 を通じて明らかにしたい。
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Copyrig2植物は多彩な感染様式を持つ微生物と相互作用している。植物及び内生微生物は内生微生物の秘める病原性をどのように抑制しているのだろうか。我々は内生糸状菌 Ct をテーマに研究を進めた。
まず糸状菌 Ct はリンが枯渇した環境下でもアブラナ科植物の成⻑を促すことを確かめた。この糸状菌との共生にはアブラナ科特異的なトリプトファン由来の 2 次代謝物群が必要で、アブラナ科植物は植物の免疫経路を活用することで糸状菌などを手なづけてきたのではないかと推測される。このことを⻑野県と奈良県の 2 つフィールドで実験すると、それぞれ異なる圃場でも糸状菌がコマツナの成⻑、それも実験室より大きな効果で成⻑を促したことが確かめられた。
またシロイヌナズナを使った実験で、Ct4（共生型糸状菌）は窒素が枯渇した環境下でも植物成⻑を促すことも分かった。このことは植物体内の窒素状況が糸状菌による植物成⻑促進の有無を決定していることを意味する。Ct4 は菌糸を介して 15N（窒素 15、注）を植物に供給する。
さらに糸状菌の接種によって植物の成⻑が促される際に、根圏の細菌叢の構成が大きく変化することもわかった。このことは糸状菌が共生効果を発揮する際、特定のタイプの細菌を根圏に誘引していることが⽰唆された。誘引された細菌の多くが植物成⻑を促したが、中でも A10 という細菌と Ct4 は窒素⽋乏条件下で協調的に植物成⻑を促した。さらには、トリプトファン由来の⼆次代謝物が⽋損した cyp79b2 cyp79b3 変異体においても A10 と Ct4 を接種すると、野生型植物と同等レベルまで植物の成⻑が促された。つまり窒素⽋乏かつ A10 の存在下では、トリプトファン由来の 2 次代謝物群は Ct4 との共生には必須ではないことになる。Ct4 は窒素⽋乏下でアブラナ科以外の植物、たとえばレタス（キク科）の成⻑も促した。
以上をまとめると・糸状菌は窒素が⽋乏した圃場及び実験室条件において植物の成⻑を促す・糸状菌は菌糸を介して窒素を植物へ供給する・糸状菌は有益な細菌群を根圏に誘引する
これらのことから糸状菌による成⻑促進効果が圃場でクリアに観察された要因ではないかと考える。さらに・窒素栄養が枯渇した環境ではトリプトファン由来の 2 次代謝物群は糸状菌による植物成⻑促進効果に必須ではない・窒素栄養が枯渇した環境では糸状菌によって誘引された細菌が糸状菌の変異体における過剰増殖を抑制する
・窒素栄養が枯渇し、他の微生物叢が存在する環境では、植物はトリプトファン由来の 2 次代謝物群を持たなくとも糸状菌との共生関係を構築できる。
これらのことから糸状菌はアブラナ科を超えて他の植物叢と共生関係を築ける基盤ではないかと考えられる。
以上
注（編集者）
15N：天然に存在する窒素の安定同位体の一つ。

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